автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Автодины на полупроводниковых приборах СВЧ и их применение

ШЖНЕТАГИЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ртб ОН

, 7 №Р «5

На правах рукописи УДК 621.373+621.396

НОСКОВ Владислав Яковлевич

АВТОДИНЫ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ СВЧ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Специальность:

05.12.17 - Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Нижний Тагил - 1995

Научный консультант

доктор физико-математических наук, профессор Е. М. Гершензон

Официальные оппоненты: доктор технических наук, ведущий

научный сотрудник Л. В. Касаткин

доктор технических наук, профессор С. М. Смольский

доктор физико-математических наук, профессор Ю. Л. Хотунцев

Ведущая организация - Институт проблем управления РАН.

Защита состоится 4 мая 1995 года в № часов на заседай диссертационного совета Др 072.05.99 Московского государственнс технического университета гражданской авиации по адресу: ул. Пулковск 6-А (корп. 1).

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомить^ библиотеке МГТУГА. Отзыв, заверенный печатью, просим направить адресу: 125838, Москва, Кронтштадтский бульвар, 20.

Диссертация в виде научного доклада разослана "-У " ¿73 199.

Ученый секретарь диссертационного совета к. т. н., доцент

М. М. Шемаханов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Результаты диссертационных исследований представлены в форме научного доклада, подготовленного по материалам работ, выполненных лично автором в составе руководимого им научного коллектива и при его непосредственном участии.

1.1. Актуальность проблемы

Одним из научных направлений радиотехники являются исследования автоколебательных характеристик и изучение проблем использования 8ВТ0ДИННЫХ систем (АС) на полупроводниковых приборах в решении различных прикладных задач. Начало истории развития данного направления связано с именем нашего соотечественника, выдающегося ученого, сотрудника Нижегородской радиолеборатории О.В. Лосеве, который в 1922 г. создал новый тип приемника, работающего от батарей, - "кристодина". Это был первый автодинный преобразователь частоты на твердотельном приборе, появившемся задолго до открытия современных полупроводниковых активных элементов (АЭ).

В настоящее время разработана и выпускается серийно широкая номенклатура полупроводниковых приборов, но в диапазонах сантиметровых (см) и миллиметровых (мм) длин волн основное применение в АС находят диоды Ганна (ДГ) и лавинно-пролетные диоды (ЛГЩ). Это объясняется высокой надежностью, простотой конструкции, ма-логабаритноетью и рядом других преимуществ АС на их основе. Указанные достоинства АС на полупроводниковых сверхпысокочастотных (СВЧ) приборах весьма паяны для широкого круга применений их в системах ближней радиолокации (СБРЛ) и связи, СВЧ датчиках для измерения электрофизических параметров материалов и технологических процессов. Поптому изучению автодинов и их использованию посвящено большое количество публикаций, выпущены монографии.

Характеристики автодинных СВЧ генераторов в значительной степени определяют такие качественные показатели радиотехнических систем, в которых они применяются, как точность измерений и разрешающая способность, надежность и стабильность, помехоустойчивость и помехозащищенность, электромагнитная совместимость и дальность действия, масса и габариты, стоимость. Важнейшими проблемами при разработке АС являются: освоение коротковол-

новой части мм диапазона волн; увеличение энергетического потенциале; повышение коэффициента полезного действия и связанная с этим задача снижения энергопотребления; расширение динамического, диапазона и уменьшение искажений автодинного отклика; оптимизация способов регистрации (выделения) а.чтодинного сигнала и его обработки; расширение функциональных возможностей ав-тодинов и области их применения.

Как впервые показано нами [2,4-б], для улучшения рядя параметров и расширения частотного диапазоне полупроводниковых евтодинных СВЧ генераторов перспективным является использование полигармонического и, в частности, бигармоничеокого режима, когда в спектре основных колебаний на АЭ присутствуют высшие гармонические составляющие. Однако, результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований явго.чолебаний в ав- • тодинных полигармонических генераторах до настоящего времени фактически не обобщены и не систематизированы. Поэтому исследования нового класса АС на основе полигармонических и, в частности, бигармонических СВЧ генераторов, построение общей теории многочастотных АС на полупроводниковых диодах, поиск новых технических решений, направленных на расширение функциональных возможностей евтодинов, области применения и улучшение отмеченных выше показателей качества, являются актуальными, 8 итоги проделанной работы представляются научно обоснованными техническими решениями, внедрение которых позволяет существенно улучшить теорию и технику ACS ускорить научно-технический прогресс в области радиоэлектроники.

1.2. Цель и задачи работы

Проблема исследования и разработки АС на полупроводниковых СВЧ приборах имеет две основных аспекта. Первый - изучение фи- , зических принципов работы'автодинного генератора, цель которого состоит в понимании и количественном расчете процессов, происходящих в генераторе, находящемся под внешним воздействием. Ре-, шение этой задачи позволяет оптимизировать АЭ и конструкцию автодинного генератора с целью реализаций устройства с требуемыми параметрами. Второй аспект состоит в рассмотрении влияния, оказываемого внешней схемой кэ работу автодинного генератора, и в определении оптимальной структуры устройств выделения и обработки автодинного сигнала с целью более полного извлечения не-

обходимой информации. ,

Цель настоящей работы состоит, прежде всего, в комплексное решении проблем полупроводниковых автодинов, т.е. в том, чтобы максимально слить воедино эти два аспекта одной задачи: изучение физических явлений в автодинных генераторах и их оптимальное использование в АС.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

1. Построение обобщенной математической модели физических процессов для анализа автодинного эффекте в многочастотных автогенераторах СВЧ, имеющих различные резонансные системы и полупроводниковые АЭ.

2. На основе разработанногосбщего подхода к анализу автодинного эффекта провести всестороннее исследование особенностей автоколебаний бигермонического и одночастотного автодинов, взаимодействующих с отраженным излучением от точечного и ррспреде-ленного движущихся объектов.

3. На основе полученных результатов исследований найти новые области применения и технические решения, улучшающие основные характеристики автодинов, а такте выполнить на их основе разработки радиотехнических устройств и систем различного назначения.

1.3. Объект и методы исследования

В качестве объекта исследования выбрана обобщенная модель многочэстотной СБРЛ на основе полупроводникового АЭ с произвольной вольт-амперной характеристикой (ВАХ), предусматривающая возможность введения различных низкочастотных и высокочастотных управляющих сигналов, а Также выделения и обработки автодинного отклика. Для анализа данной модели при произвольной величине времени распространения отраженных от цели сигналов использовались известные методы составления и решения систем дифференциалы«« уравнений с запаздывающим аргументом: метод медленно меняющихся амплитуд, метод символических укороченных уравнений, метод линеаризованных уравнений, классические методы исследования устойчивости динамических систем,' метод фазового пространство, методы теории бифуркаций, метод гармонической линеаризации; методы численного интегрирования систем дифференциальных уравнений и моделирования динамических процессов но цифровых ЭВМ, методы теории вероятности и математической статистики, ме-

- б -

тод эквивалентных схем. ;

1.4. Научная новизне

Научн&я новизна представленных в работе исследований заключается в том, что на основе предложенной обобщенной модели'впервые проведен анализ автодинных полигармонических генераторов на полупроводниковых приборах СВЧ, позволивший не только обобщить полученные ранее результаты исследований одночастотных автоди-нов, но и выявить целый ряд отличительных особенностей полигармонических автодинов, существенно расширяющих перспективы практического применения АС. Более детальные теоретические и экспериментальные исследования полигормонических автодинов выполнены на примере бигармонических автодинных генераторов на полупроводниковых диодах см и мм диапазонов длин волн с кратным соотношением частот парциальных генераторов. Кроме того, не основе разработанного общего подхода к анализу АС проведены для одночастотных автодинов исследования особенностей автодинного отклика в случвях взаимодействия генератора с излучением, отраженным от точечного (при елвбом и сильном сигнале) и распределенного объектов, переходных процессов установления режиме автодинных генераторов на полупроводниковых СВЧ диодах при их включении, особенностей формирования дискриминационной характеристики автодинного измерителя линейных размеров деталей и заготовок, а также влияния схем устройств регистрации (вьщеления) автодинного отклика в цепи питания диодных СВЧ генераторов на основные параметры и характеристики автодинов. Разработан ряд оригинальных автодинных устройств на полупроводниковых СВЧ приборах и систем не их основе, использующих результаты проведенных исследований.

1.5. Практическая ценность работы и ее реализация

В результате решения указанной выше научной проблемы установлены новые закономерности'в зависимостях характеристик автоколебаний автодинов от параметров АЭ и колебательной системы, новые физические эффекты, наблюдавшиеся при взаимодействии колебаний генератора с отраженным собственным и внешним издучени-ями, созданы и внедрены новые типы АС, обладающих улучшенными характеристиками по сравнению с известными устройствами аналогичного незначения, что имеет веяное народнохозяйственное эна-

чение. Указанная проблема была сформулирована и решалась автором в ходе выполнения (1980-85 гг.) госбюджетной НИР "Создание и исследование полупроводниковых автодинных систем СВЧ", № гос. регистрации 8I088I74, включенной Министерством образования РСФСР в план важнейших, инновационной научно-технической программы 13.9 "Нервзрушаодий контроль и диагностика" (1992-94 гг.), а также ряда хоздоговорных научно-технических работ, проводимых на кафедре теоретической физики и в Научно-техническом центре "Автодин" Нижнетагильского государственного педагогического института в период 1977-1994 годов. Большинство, подученных в работе результатов доведены до инженерных решений и практических рекомендаций, внедрены на различных предприятиях Министерств путей сообщения, машиностроения, средств связи, оборонной, электронной и авиационной промышленностей и до., а также в учебном процессе.

1.6. Достоверность результатов диссертационной работы

Достоверность результатов обеспечивается качественным и количественным соответствием выводов теории основным результатам, полученным экспериментально, корректностью принимаемых при построении математических моделей упрощающих предположений, использованием стандартной измерительной аппаратуры и подтверждается их успешным практическим использованием в реализованных устройствах и системах.

• 1.7. Основные положения, выносимые на защиту, кратко формулируются следующим образом.

1. Проведение полного комплекса теоретических и экспериментальных исследований автодинного эффекта в.полигармонических и, в частности, бигармонических генераторах на полупроводниковых СВЧ диодах.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований особенностей автодинного отклика одночастотного СВЧ генератора, взаимодействующего с отраженным излучением, для следующих случаев:

- динамического режима (движение отражателя с высокой скоростью) при слабых и сильных отраженных сигналах;

- наличия распределенного отражающего объекта;

- изучения переходных процессов в автодинных генераторах;

- формирования дискриминационной характеристики явтодинно-го измерителя линейных размеров деталей и заготовок.

3. Схемные решения устройств регистрации (выделения) авто-динного отклика.и конструкции автодинных приемопередатчиков на полупроводниковых СВЧ диодах, позволившие улучшить основные показатели АС и расширить их функциональные возможности, а также радиоволновые датчики, измерители и СБРЛ на основе указанных устройств, использующие результаты проведенных исследований, выявленные физические закономерности и эффекты.

1.8. Апробация результатов работы и публикации

Материалы диссертационной работы докладывплись и получили одобрение на объединенных семинарах кафедр общей и эксперимен-• тельной физики (МПГУ, Москва) и теоретической физики (ШТ11И, Нижний Тагил), на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы радиолокации протяженных объектов"" (Свердловск, 1981), Ш Всесоюзном симпозиуме по миллиметровым и субмиллиметровым волнам (Горький, 1980), Всесоюзной научно-технической конференции "Системы и устройства радиотехники, автоматики и автоматизированного проектирования" (Свердловск, 1982), 4 Всесоюзном симпозиуме по миллиметровым и субмиллиметровым волнам (Харьков, 1984), Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и техника прост-рвнственно-временной обработки сигналов" (Свердловск, 1989), Региональном научно-техническом семинаре "Радиолокационные методы в нэучных исследованиях, народном хозяйстве и медицине" (Каменск-Уральский, 1989), Межотраслевом семинаре "Современная технология производстве СВЧ схем" (Минск, 1989), Отраслевом семинаре МЭП (Киев, 1988), Отраслевой научно-технической конференции (Горький, 1988), Межотраслевой конференции по бортовым радиоприемным устройствам (Ленинград, 1984), П Межотраслевой неучно-тех-нической конференции по теории и технике радиолокационных систем миллиметрового диапазона (Львов, 1990), Региональной конфеззенции "Системы и устройства радиолокации, связи и управлений" (Свердловск, 1990), Межотраслевой научно-технической .конференции по радиолокации (Туле, 1990), Научно-практической конференции "Применение СВЧ энергии в технологических процессах и научных исследованиях" (Саратов, 1991), Всесоюзном совещании "Малощумящие ге-нерэторы СВЧ. Состояние разработок и перспективы применения в

метрологии" (Иркутск, 1991), I Украинском симпозиуме "Физика и технике миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн" (Харьков, 1991), Научно-технической конференции "Радиотехнические системы (навигации и связи), средства измерений и новые информационные технологии" (Красноярск, 1992), 2-ой Крымской конференции "СВЧ-техника и спутниковый прием" (Севастополь, 1992), УН школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Стабилизация частоты и формирование сигналов радио и оптического диапазонов" (Новороссийск, 1982), 3-ей Крымской конференции "СВЧ-техника и спутниковый прием" (Севастополь, 1993), Международном Харьковском симпозиуме "Физика и техника миллиметровых и субшллиметровых волн" (Харьков, 1994).

Научные и практические результаты работы отражены в 90 публикациях, включая 12 авторских свидетельств, которыми защищены предложенные новые устройстве. Подготовлена к печати и находится в редакции "Радио и связь" рукопись книги "Автодины". Основные научные результаты опубликованы в центральных научных журналах: " Электронная техника. Сер. СВЧ-техкика (Электроника СВЧ)", "Приборы и техника эксперимента", "Измерительная техника", "Изв.вузов. Радиоэлектроника", "Изв.вузов. Радиофизика" и "Радиопромышленность", а также в научно-технических сборниках Омска, Харькова, Свердловска, Севастополя, Москвы. Материалы работы отражены также в 26 отчетах по НИР, выполненных по заказу различных предприятий и организаций.

В выполнении работ по теме диссертации принимали участие кандидат физико-математических наук, доцент В.Т.Бузыкин, постановка экспериментов и обсуждение широкого круга вопросов с которым во многом стимулировали развитие основных идей и положений работы, о также кандидат физико-математических наук, доцент Б.И.Левит; старшие научные сотрудники С.Д.Воторопин, В.А.Веснин, Ю.Л.Красильникоз и кандидат физико-математических наук, доцент Н.М.Закэрлюк. Безвременно ушедший из жизни доцент, кандидат физико-математических наук Борис Николаевич Туманов, являвшийся инициатором развития автодинной тематики в НТГПИ, в значительной степени определил выбор данного направления работы.

Постановка задач, выбор методов их решенкй, обоснование методики экспериментов, анализ полученных теоретических и экспериментальных результатов всех работ, выполненных в соавторстве, принадлежит лично автору диссертации.

Полностью работа докладывалась не объединенном заседаний кафедры общей физики и кафедры теоретической физики, в также Научно-технического центра "Автодин" в 1995 гаду.

1.9. Структура и объем научного докладе

Доклад построен на основе 73 работ соискателя и состоит из 4 разделов, выводов и списка литературы.

2. СОДЕРЖАНИЕ НАУЧНОГО ДОКЛАДА

Работа любого автодинного генератора основана на автодин-ном эффекте, заключающемся в изменениях амплитуды и частоты его автоколебаний под воздействием внешнего информационного сигнала. Вторым необходимым условием работы автодина является детектирование автодинного отклика, выделение автодинного сигнале. Здесь известны два способа: внешнее детектирование, когда честь генерируемого автодином излучения ответвляется на внешний детектор, регистрирующий изменения мощности, амплитуды или частоты автоколебаний, и ввтодетектирование, когда изменение автоколебаний в автодине приводит к изменениям тока или напряжения (автосмещения) в цепи его питания, что и используется в качестве сигнале. Безусловно, с точки зрения простоты конструкции автодетектирование является предпочтительным.

В качестве внешнего информационного сигналя, вызывающего автодинный. отклик, могут выступать самые разнообразные воздействия: собственное излучение, отраженное от объекта исследования и возвращающееся обратно в резонатор генератора; излучение некоторого внешнего источника, попадающее в резонатор генератора-смесителя и имеющее частоту в пределах полрсы его пропускания; любое параметрическое воздействие, изменяющее добротность, собственную частоту резонатора генератора или ток его питания. Первый из этих сдучаев, представляющий наибольший практический интерес для радиолокационных-применений, в настоящее время обычно и называют ввтодинным генератором или автодином, второй - ! уместно называть автодиннкм смесителем, третий - автодинным измерительным генератором.

Таким обрезом, автодинным генератором (или просто 'автодином) будем называть приемопередающее устройство, представляющее собой совокупность автогенератора, находящегося под воздействи-

ем отраженного излучения, и средства регистрации (выделения) автодинных изменений параметров автоколебаний. Именно таким устройствам, выполненным на полупроводниковых приборах СВЧ, и их применению в автодинных СБРЛ, в основном, посвящены настоящие диссертационные исследования.

2.1. Обобщенная модель и математическое описание многочастотных автодинных систем на полупроводниковых СВЧ приборах

2.1.1. Обобщенная модель автодинной системы

При теоретическом исследовании АС не полупроводниковых приборах СВЧ автором в зависимости от содержания и целей реша-. емой задачи использовались различные модели представления автодинных генераторов и методы их анализа. Различия моделей и методов связаны с необходимостью учитывать те или иные специфические особенности работы автодинов, которые в наибольшей степени проявляются с укорочением длины волны, в диапазоне мм волн. Отметим, что к этим особенностям следует отнести сравнительно низкую нагруженную добротность резонаторов и их многоко'нтурный характер, сложный гармонический состав собственных колебаний и отраженного от объекта излучения, инерционность процесса релаксации АЭ и его тепловую инерционность, наличие реакции цепи питания и средства регистрации (выделения) евтодинного отклика. Анализ различных моделей, а также опыт работы автора в данном направлении позволили при выработке общего подхода к анализу А'.", наиболее полно учитывающего отмеченную выше специфику работы генераторов, разработать наиболее обобщенную модель АС, структурная схема которой представлена на рис.1.

Аптодин (АД) в данной модели представляет собой автогенератор (АГ), снабженный средством выделения евтодинного отклика (СВАО). Генератор, как обычно, состоит из трех основных элементов: АЭ, который обусловливает генерацию ЭМ поля в колебательной системе (КС), обратной связи (ОС), через которую осуществляется ф8Эировкв колебаний ЭМ поля в КС и на АЭ, и КС (резонатора), в которой происходит процесс автоколебаний и осуществляется его селекция по частоте. Отметим, что у многих СВЧ генераторов ОС не выражена явно и осуществляется внутри АЭ.

Высокочастотные входы-выходы АГ подключена х приемопередаи-

ип

ИЛ1

г

лг__

Антодш! '

1 Аптогрнорртор АГ

Отргд. А1ГГ

объект V— —✓

—|И

КС

лэ

ос

АД

свло

уос

Виход

Рис.1. Обобщенной структурная схема автодинной системы: ИП - источник питания; ИУИ - источник управления параметрами; АНГ - приемопередающая внтенна; КС - колебательная система; АЭ - активный элемент; ОС - обратная связь; СВАО - средство вццеления автодинного отклика; УОС -устройство обработки сигналов.

е.

п

и. (§)

АЭ N —рб-

Сс Т [л 1

ЕЙ

М

1 >

Рис.2. Эквивалентная схеме полигармонического евтодина на АЭ с ВАХ N -типа.

щей антенне АНТ, через которую происходит взаимодействие АГ и отраженного от объекта ЭМ излучения, а низкочастотные выходы -к устройству обработки сигналов (УОС). Низкочастотные цепи питания автогенератора, задающие рабочий режим АЭ, и источник управления параметрами (ИУП) (модулятор) связаны с высокочастотными цепями генератора параметрически. Все связи между указанными элементами системы в общем сдучае полагаются многомерными. Поэтому предлагаемая модель охватывйет практически весь круг известных видов автогенераторов независимо от используемых типов и числа АЭ, позволяет учесть основные параметры и характеристики входящих в нее элементов и связи между ними, а также способы и виды модуляции и регистрации автодинного отклика.

Наиболее обобщающие результаты математического описания физических процессов, происходящих в представленной модели овтоди-нов с многомерными связями, вытекают из анализа автоколебательной системы с произвольным числом степеней свободы, находящейся под воздействием отраженного от объекта излучения, в режиме многочастотных колебаний. Такие АС отличаются от одночастотных наличием двух и более несущих частот, соотношение которых, как и в теории многочастотных генераторов, определяет асинхронный и синхронный режим их работы.

В асинхронных автодинах взаимодействие колебаний на нелинейном АЭ происходит таким образом, что ни одна из высших гармоник и комбинационных составляющих частот генерации не попадает в полосу прозрачности ни одного из пррциальных резонаторов. В этом случае параметры АЭ являются функцией только амплитуд составляющих многочастотного колебания и слабо зависят от частоты настройки резонаторов.

При целочисленном соотношении частот генерации, а также при их комбинационном взаимодействии имеет место синхронный режим роботы автодинов, которые в дальнейшем изложении будем называть полигармоническими автодинами. В этом случае параметры АЭ зависят не только от амплитуд составляющих, но и о'." частот генерируемых колебаний и их обобщенных разностей фпз, чоторые в этом случае будут медленными функциями времени. У данных автодинных генераторов появляются новые свойства, которые не наблюдаются при асинхронном взаимодействии. Эти свойство заключаются в возможности взаимной синхронизации парциальных генераторов и, за счет этого, улучшения их щумовых характеристик, стабильности частоты и качества автодинного сигнала. ¡Сак и в одночастотных автодинах,

в евгодинах с многочастотной генерацией возможен режим евтоде-тектироввния сигнала в цепи питания и внешнего детектирования на одной или нескольких несущих частотах. Кроме того, здесь наблюдается перенос автодинного отклика с одной .несущей.на другую, а также в цепь питания генератора от любого из парциальных ав-тодинов.

Для разработки математической модели полигермонического автодина предложена эквивалентная схема, приведенная не рис.2 [2,4,5,9,10,18,29,31], в которой парциальные резонаторы на каждой п -ой гармонике (П =« 1,2,... А/ ) и основной частоте (при/7 и I) представлены простейшими параллельными колебательными контурами, включающими в себя пассивные параметры АЭ и состоящими из частотно-независимых индуктивностей 1п , емкостей Сп и собственных проводимостей потерь резонаторов вк.п » ]п(-£,'сп)'-зевисимые от предыстории автоколебательной системы генераторы тока, отображающие воздействие не евтодинный генератор собственного запаздывающего на время "С распространения издучения до отражающего объекта и обратно, GeH.it - внешние нагрузки парциальных резонаторов; цепь автосмещения генератора представлене блокировочной емкостью Со и сопротивлением , включенным последовательно с источником £ непряжения смещения. Денная схема с одноконтурными резонансными системами и цепью овтосмещения первого порядка является простейшей моделью'обобщенной структурной схемы полигармонического автодинэ, приведенной на рисЛ. Тем не менее, она позволила достаточно корректно рассмотреть широкий круг основополагающих явлений в автодинах на основе практически любого АЭ квк при одночвстотной, тек и полигармонической генерации.

2.1.2. Основные уравнения полигармонического автодина

1

При выводе основных уравнений полигермонического автодине для определенности полагалось, что АЭ обладает БАХ Л/ -типе и, вследствие инерционности переноса основных носителей в полупроводнике, имеет место гистерезис, т.е. = ( и , и ), где и = ив + + ...■+ иы- мгновенное напряжение на АЭ; й. » с1и/аИ , а собственные частоты со0„ ^(¿„С^2 парциальных резонаторов связаны соотношением сооп п и>01 . Нагруженные добротности Ои.п » С0сп Сп/в-п » где о О^.п +&м.г> % резонаторов считались достаточно большими {¿?нгг» I). Это позволило пренебречь

падениями напряжений на контурах, вызванными гармоническими составляющими, не совладеющими с частотой рассматриваемого контура. Поэтому теоретическое описание автоколебаний полигаршниче-ского автодина проведено в рамках модели /V взаимно синхронизированных через общий АЭ парциальных генераторов. С учетом принятых на рис.2 обозначений получена система нелинейных дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом для мгновенных напряжений ип {П => 1,2,'. ..Л/ ) не соответствующих конденсаторах вида:

с(2ип/Мг + Шо* "п =

¿ис/сИ = (</Т0)[Е-ае-Рв1А (и, и)],

где

< сИ^и)

_ _____

сШп 1 сС • еИ ~ &„

Т0 х/?а С0 - постоянная времени цепи автосмецения. Приближенное решение при условии малости параметра для каждого парциального генератора является квазигармоническим, поэтому ,

, где чи+л+ЪпМ

- амплитуда и фвза тока зависимого п -го генератора; , ¿>„({) - медленно меняющиеся функции времени. Используя метод усреднения, получена система укороченных дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом для амплитуд и фаз парциальных генераторов и автосмещения полигармонического автодина:

- А, + о*К , (I)

и г 20м/, • 5|«./1

-¡¡г-(Е-ие-/?02^> (3)

(со -пи) - ) _

где C-ап - = Т„„(г)/Ап ,ВАп - ВА„С*) =1т(*)/Ап -

средние активные и реактивные проводимости АЭ на частоте соп колебаний п -го парциального генератора; 10 *.10С*) - среднее значение тока АЭ; (?) - совокупность параметров ( V0 , At ,... ...A^ , ncv, ,<PS ¡...Ф» ); IanC*) ilpn(*) - активная и реактивная составляющие П -ой гармоники тока ЛЭ при полигармонической генерации; 4=}, ° V„ - п Щ - обобщенная'разность фаз между колебанием п -го парциального генератора и основным колебанием; Ь„ я B„(é,t) я ¥„&)-- мгновенная разность фаз колебаний п -го парциального генератора в текущий момент времени %(í) и отраженного излучения из предыстории %faz) ; QeM.n -

- u>Qn Cn/GBH/1 - внешняя добротность; Г„ (¿X) = Гп Ап({,?)/Ап -модуль мгновенного коэффициента отражения; Гп - коэффициент затухания сигнале на п -ой гармонике при его распространении до-объекте и обратно; Ah(t,z) - амплитуде колебания П -го парциального генератора из предыстории системы.

Подученные основные уравнения (1)-(4) в первом приближении по методу усреднения описывают поведение полигармонических авто* динов при произвольных величинах амплитуды ¿„(t,^) и времени Тп запаздывания воздействующего отраженного излучения, я при Гп =■ 0 -работу автономного генератора. Полегая в (I)-(4) dAn/di -

- dk/di - d<Pn/di « О, An m Ano

a u)ñ » hcOio , для последнего случая получемв системе уравнений, определяющих амплитуды Ала парциальных гармоник, частоту ¿ul0 генерации, напряжение Uco смещения и обобщенные рвзности фаз Фпо в стационарном режиме автоколебаний:

Gn + = о,

. Voo = Е-Rolen, со1е = (co„a)[i + (влпо/20н.п £„)], (ö)

(cVcr/Q«.n й„)(в„+£¿ño)-(n ajol/0H,G,)(В, +ВА10)-О,

где GAnc - GA„(* *) \BÁno -£/.»(**) i Io0]' IoC**) ;(**)-

совокупность параметров стационарного режиме ( , Аю ,... ... А„е » , Фгс ); В„ - 2GnОн,п(со1еп--

реактивная составляющая полной проводимости пассивной части колебательной системы не частоте •

Решение системы нелинейных уравнений (I)-('l) существенно -упрощается, если отраженное издучение достаточно мало, когда Гп « I. Поэтоцу дальнейший анвлиз проведен на основе линеериэо-Еаннкх в окрестности стационарного режима уравнений для малых

возмущений автосмещения, амплитуд и фаз автоколебаний парциальных генераторов. Полагая в (1)-(4) Ап =» Апо + д/\п , и0 =~1/во*ли0 , = СОпо + ЛСОп , <Э?„ П <¥>по+ уп , где \ ЛАп 1« Апо ; \ашя\«(<Опо ; I % I«Ж/2 + и учитывая (5), пренебрегая зависимостью С^я , и 1а от частоты (поскольку л » I) и произведя разложение G-4.n0*) и 1оС*) в ряды Тейлоре, получена система неод-

нородных линеаризованных дифференциальных уравнений вида

¿гА+[з}А = в, (б)

где А =» [а у]; а а«]7", £ = /3... векто-

ры относительных вариаций автосмещения <Х0 = ЫГо/Уоо и амплитуд = &Ап/Ало колебаний парциальных генераторов и обобщенных разностей фаз ¥„ ; Т - знак транспонирования;

[з] =

[Б«] [8«]

- квадратная матрица порядке ( * 2м) коэффициентов, зависящих от внутренних параметров полигармонического генератора;

о,] - [//г,] [ ^ ] ; М = [</%] [р ]; [в,,] = [*/г,] М; [5«] = \}/То\[^'\; [//г.] -сЛад[1/Т, 1/Г<... г/т„], [<;/%] =

- диагональные матрицы постоянных времени

цепи автосмещения и резонаторов парциальных генераторов Тп ■« * 20н.п/Со а, ;[о£ ] .[У3 ] , [¿ув ] , 1 - матрицы порядков ("■п)х(л>'+<),(л/+Ох(л'-/) ,(*/-{)*("'О и коэффициен-

тов оСц , ,4/в/у . ¿/Он- соответственно; 4/5,^ = уЗ^- -п/*0т*/т< ( п а 2,3, ...н кj 0,1,..." ); ¿/л,,- = /<„,--1/<иЪ/т{ ( п , с * 2,3,...А' ); е^с/ .Уу ../9,у |/<</ - коэффициенты, каждый из Которых по смыслу является приведенной крутизной зависимости активной и реактивной провоДимостей АЭ I -го парциального генератора и тока Т0 от амплитуд Автоколебаний А„ , евтосмещения А, и обобщенных разностей фаз <9Р,', в окрестности стационарного режима (5) при Г, » 0:

.У3 0' 7 (Ь/ьХ^Эч/мХ, Ау = 0/е{)(<7&//<?ъ)*

при с ^ I; с^ес =» / + /?с(Я1с/дЦо)о - коэффициент регенерации отклика в низкочастотной цепи автодина; еСц] =» /?0(а^/Ц,с) х х(д10/с?А])0 , Ро^ = (Яо/СЬ) (<?Тс/с7<Р;)0 - коэффициенты, учитывающие явление автодетектирования автодинных:изменений соответственно ампл_ит.уды (^обобщенной разности фаз' j -го парциального генератора; В = [ ёс (т) лв& (т) ] - вектор воздействий отраженных сигналов, причем 8с(т) =\_0 ВС1 (г) Всг(г),,. <?сл,{г) ] ,

где 8еп(т) = Г„а,т)(сооп/0^.п) сел В„ ,

& & СТ) = 8,п №-п8и(т) , В;„ Ст) ~ -Гп (Щсосп/Ой,„) 4. Для решения системы (6) необходимо из (2) найти также евтодинные изменения частоты ЬШп парциальных генераторов:

ш + [</7х] [[уз ]5 + [>] у] = в,(г), (7)

где л2о = ¿и)г ['А] = [01 //г4 ... У/Гд,]; '

- матрицы порядков^ л^л/ и (л,-/)*л/ коэффициентов ,/ву' и соответственно; 4Ф - [4,№ (г)... Т

Системы уравнений (б),(7) получены в рамках обычных приближений, применяемых для анализа автоколебательных систем, и довольно точно описывают поведение полигармонического автодина при произвол! ной величине времени запаздывания отраженного издучения, а также переходные процессы установления евтодинного отклике и его установившиеся значения. Отметим, что уравнения системы (6) являются линейными для малых автодинных изменений автосмещения а„ , амплитуд колебаний ¿У; ( с ■ 1,2,...Л' ) парциальных генераторов и обобщенных разностей фвз ^ { j * 2,3, ...Л' ), а уравнения (7) для автодинных изменений частоты - нелинейными, поскольку изменения фаз могут быть достаточно большими, что соответствует произвольной величине времени запаздывания Г .'По этой причине (6) и (7) называем системой "линеаризованных" уравнений.

Однородная честь системы уравнений (6) позволяет провести исследование устойчивости а&тономного генератора, сводящееся к анализу знаков вещественной чести корней характеристического уре нения ([$] - р [I]) «• 0, где [I] - единичная матрице. В случее больших N подучеемое характеристическое уравнение удобно янали-зировать с помощью критерия Рдусе-Гурвица. При наличии комплексно-сопряженных корней виде/Р^ ■> , у которых выполняется неравенство 6} > 0, автодинная система имеет частотно-зевисимые функции передачи евтодинного сигнала с характерными пиками в ок-

рестноети собственных частот ^ . Переходные процессы в таких системах, как это.наблюдалось у одночастотных 0втодинных СВЧ генераторов, сопровождаются релаксационными колебаниями.

Из полученных общих соотношений для полигярмониче.ского эвто-дина следуют основные выражения для анализа ряда частных случаев. Тэк при Д/ «/Лу и о (¿а 0,1,.../V ■ 2,3,.../V ) имеем систему уравнений, описывающую поведение многочастотного овтоди-на в режиме асинхронных колебаний, а при ^и - 0, как от-

мечалось выше,-систему уравнений полигармонического автодина с изохронными парциальными генераторами гармоник. При М « I подуча-чеются основные соотношения для анализа одночастотных автодинов [41], при N в 2 - для бигармоничесного автодинп [29,30,35,39] в общем случае, а при О0 - 0 - без учета цепи аптосмещения [б]. Таким образом, полученные соотношения обобщают результаты исследований автодинов при одночастотной и бигармонической генерации.

2.1.3. Автодинный отклик полигармонического СВЧ генератора

При анализе динамики автодинных изменений автосмещения, амплитуд, обобщенной разности фаз и частоты автоколебаний генератора, вызванных воздействием отраженного иэдучения, выделены три режима работы автодина: статический, когда отражающий объект неподвижен, и переходные процессы полностью закончились; квазистатический, когда отражающий объект перемещается достаточно медленно, так что некоторыми производными э левой чести уравнений (б) можно пренебречь; динамический, когда таких предположений сделать нельзя, так как все изменения протекают достаточно быстро.

Для анализа общего случая динамического режима работы автодинп, исключая из рассмотрения переходные процессы после скачкообразных изменений режима генератора, т.е. полагая, что решения системы уравнений (6) являются достаточно гладкими, произведено разложение функций запаздывающего сигнала к р

ряды Тейлора по малому параметру Т по сравнению с £ . С учетом этих разложений выражения для Гп(4,т.) и » описывающие

динамику автодинных изменений коэффициента отражения с учетом одновременных изменений амплитуды и частоты излучаемых и отраженных сигналов при произвольной величине времени запаздывания, получены в виде

Г10.т) - /"„О+ ')-...],

к (i/c) = щ, zn [у + а?„ - о,5 Г„ (dxn/di) +;., ],

где ~геп - &и>„/сиП0-

Оценка членов этих разложений, исходя из-реальных условий работы АС в диапазонах см и мм волн, показала, что если время запаздывания Т отраженного излучения существенно меньше периода автодинного сигнала » «З^/Лд , то анализ поведения ав-тодинных генераторов модно проводить в первом приближении запаздывающего воздействия, полагая * (1+ X„)co„C)Z'„^ionZ'„ и rn(i,z) » Г„ . Тогда системы (6) и (7) значительно упрощаются благодаря переходу от дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом к обыкновенным дифференциальным, все члены которых определены в один и тот же момент времени. С учетом сказанного решение системы (6) состоит в нахождении векторов - функт ций 3. и , компоненты которых представим в форме ы

, = ИГ» cos Г(со,.+АСОй)Г„ - (t)] , • (8)

ы

Ъ = ft)fa^+AU)») t„ - (г)], (9)

т-1

где L - 0,1,.../V ; j » 2,3,..М ; Kii('t) - коэффициенты автодетектирования' (при L » 0), усиления (при L « /? ) и переноса -(при остальных L ) автодинного сигнала; Hmj(r) - коэффициент евтодинной модуляции j -ой обобщенной разности фаз; VniCt~) » ¥mj(V) - соответствующие углы фазовых смещений автодинных изменений амплитуд и фаз. Выражения для указанных параметров, зависящих от добротности колебательной системы и ее степени связи с нвгрузкой, параметров АЭ и условий автоколебаний на нем, а также скорости изменения времени запаздывания <Г, здесь не приводим ввиду их громоздкости. Из (8) и (9) видно, что на автодин-ные изменения автосмещения, амплитуд колебаний парциальных генераторов и их обобщенных разностей фаз оказывают влияние авто-динные изменения частоты AiVn . Последние при условии синхронности автоколебаний парциальных генераторов, когда ДсОп «

П (cuw + AUJi) , можно найти из любого уравнения системы (7) после подстановки (8) и (9): N

[n(cofc+Atot)zn + en(r)} , (Ю)

Kf hzi

где Mn(zr) , <9n(r) - факторы автодинной девиации и фазовые углы смещения автодинных изменений частоты колебаний, учитывающие неизохронность парциальных генераторов, их взаимную синхронизацию и зависящие от скорости изменения Т . Трансцендентное уравнение (10) при условии &wmn'cr,< I, Где ШтГ Р, CV„o Qn.n * * М„ (Г)/0«, Оел„ - амплитуда автодинных изменений частоты при воздействии отраженного издучения не п -ый парциальный генератор, имеет непрерывное и периодическое решение при изменении f, вследствие чего автодинные изменения и являются также непрерывными и периодическими функциями времени запаздывания отраженного излучения.

В частном случае взаимодействия автодинного генератора с излучением, отраженным от равномерно и прямолинейно со скоростью V перемещающегося объекта, при условии Ли>„п Z~„ « I, для • установившихся значений амплитуд автодинных итменений параметров автоколебаний функции в (8)-(10), зависящие от с/г/аУ i становятся зависимыми от доплеровской частоты = ¿<z>no V/с , где С - скорость распространения радиоволн, автодинного сигнале. В этом случае параметры Кп1(ЯАп), 11 , а также

Vni{SlAn) > {¿VC^U/n) и 9„(Qa„) характеризуют частотную зависимость коэффициентов усиления, переноса, автодетектировения и фактора автодинной девиации, а также соответствующих фазовых углов смещения ептодинных сигнплов в полигармоническом генерато-ре-аптодине. При таком представлении анализ сложных динамических процессивЯполигормоническом явтодине существенно упрощается, а получаемые результаты облегчают понимание физики.явлений и позволяют провести необходимые расчеты, имеющие большое значение для создания полигермонических автодинных систем.

Для многих практических применений достаточно описать взаимодействие автодинного генератора с отраженным излучением в квп-зистатическом режиме, когда скорость изменения величины Г достаточно мала, тпк что переходные процессы установления автоко-лебоний п автодине протекают значительно быстрее по сравнению с периодом coshn . Тогда в (6) можно положить dA/di т. 0: [sJ/Г'В . Решения этой системы, подученные по методу Крамера, и выражение для автодинных изменений частоты имеют аналогичный (8)-(Ю) вид, в которых параметры A«,'' tHmj и</% , о также фазовые сдвиги Р*; , y„j и <9„ автодинных изменений не зависят как от скорости изменения Z , так и частоты автодинного сигнала.

Все указанные в (8)-(10) параметры и фазовые сдвиги находятся с помощью соответствующих миноров и определителя матрицы [5^1 при решении линеаризованных систем (6) и (7) для. конкретного генератора. Однако общие выражения при произвольном числе гармоник А/ представляются достаточно громоздкими и в данной работе ограничимся общими выводами, вытекающими из качественного анализа подученных соотношений.

Как отмечалось выше, уравнение (10) для автодинных изменений частоты является трансцендентным. Это значительно усложняет его решение и определяет негармоничность автодинного отклика вследствие нелинейности фазового набега отраженной ЭМ волны при изменении Т . Для расчета спектров автодинного отклика воспользуемся разложением функций (8)-(10) в ряд Бесселя-фубини, полагая перемещение объекта равномерным и прямолинейным (при условиях ¿1/сИ - 0 взаимодействие генератора с отраженным излучением производится лишь на п -ой гармонике, а регистрация сигнала осуществляется в цепи ввтосмещения ( с » 0) или по изменению амплитуды ( с ^ 0) колебаний. С .учетом сделанных • предположений выражения для спектров относительных автодинных изменений ввтосмещения ( £ « 0), амплитуд ( I Ф 0) и частоты запишем в виде

оо

= гп Кш I] Ск^(кяАП{ (ш

к'О

оо к-1

где С* ~{(АкСс,зег>)*+ {Вк*1»еп)гТ\ Л^-ГЦ^^)"

- ^Ы (*Р*)1А ; Вк = (-г/'^Л (крп)/крп; 7к '(кр.) - функции

Бесселя; р„ ~АС1>тп£'/, - парциальный параметр искажений; -доплеровская частота. 1

Анализ денных выражений показывает, что достоянная составляющая автодинных изменений частоты генерации! отсутствует, т.е. частоте колебаний полигармонического автодина^ в рамках рассматриваемой модели сохраняет свое среднее значение неизменным. Амплитуда первой гармоники автодинного отклика <Х{ с увеличением параметра искажений .рп уменьшается, а выспите гармоники допле-ровской частоты и постоянная составляющая, пропорциональ- ;

ная Са и ^ Сс>$ &„ , - растут. Отметим, что при взаимодействии автодинного генератора на нескольких гармониках с отраженными излучениями от объектов, движущихся с различными скоростями, автодинный отклик вследствие взаимной модуляции фазовых набегов отраженных воли, в общем случае, представляет существенно более сложное колебание (в отличив от гомодинньтх систем), поскольку содержит как кратные Ядп частоты, так и комбинационные составляющие. Таким образом, полигармоническим автодинам также свойственно обогащение спектра автодинного сигнала, как и у од-ночастотных автодинов, однако, степень этого обогащения, зависящая от величины коэффициентов систем (6) и (7), углов фазового смещения и времени запаздывания, в данном случае может быть, полученв существенно меньше.

Известно, что связанные между собой изменения автосмещенйя и параметров автоколебаний (мощности, амплитуды и частоты генерации) одночастотных автодинов имеют относительные фазовые сдвиги, котор ствуют лишь у идеализированного изохронного ге-

в предположении изохронности парциальных генераторов, когда .А/ я 4/^1/ *У'У я 0» относительные фазовые смещения не исчезают, в чем легко убедиться, анализируя выражения (8)-(10). Фазовые углы смещения , и &п отсутствуют лишь в режиме асинхронных колебаний изохронных парциальных генераторов, когдв ру также равны нулю.

Выражения (8)-(10) позволяют уточнить условия малости возмущений стационарного состояния полигармонического автодина, вызванных воздействием отраженного излучения. При таких условиях амплитудные значения относительных откликов парциальных генераторов должны удовлетворять неравенствам: Г„ 1 И Гт И^ «-ТА-Отсюда следуат требования к величине коэффициента отражения Гп «1/Кп1 » Пп « ОГ/2Нпу , при которых отраженный сигнал можно считать достаточно слабым. 3 случаях, когда эти неравенства не выполняются, система линеаризованных уравнений (б) некорректна, и исследование процессов в автодине должно, проводиться с учетом нелинейности коэффициентов матрицы ["Э ] •.

Анализ подученных выражений (8)-(12) покапывает, что автодн-ны на основе полигврмонических генераторов по сравнении с одноча-стотш.'ми автодинами обладают рядом принципиально новых свойста, которые позволяет значительно расширить функциональные возможности и улучшить характеристики автодинньгх СБРЛ в реализации новых

нератора

Однако, в случае полигармонической генерации

способов обнаружения, идентификации и измерения параметров движения отражающих объектов.

2.1.4. Щумовые характеристики полигармонического-автодина

Основными щумовыми характеристиками АС яяляются коэффициент щума для автодинного смесителя, работающего в режиме приема сигнала от стороннего источника, и энергетический потенциал, определяющий максимальную дальность действия автодина-радиолокатора. Поэтому указанные автодинные устройства имеют различные показатели качестве, по которым производится поиск оптимальных рабочей точки и режима автоколебаний.

Для нахождения щумовых характеристик автодина при полигармонической генерации использовалась эквивалентная схема рис.2,-дополненная источниками внутренних щумов системы: тепловых щу-мов соответствующих нагрузок (антенны, сопротивления потерь КС, сопротивление потерь пассивной части СВЧ диода и низкочастотной нагрузки в цепи питания); собственных щумов реальных источников питания; дробовых и лавинных щумов АЭ. Анализ был проведен на ! основе представления полигармонического автодина системой с переменными параметрами (проводимости АЭ), при этом действие ис-, точника дробового и лавинного щума в автоколебательной системе описывалось нестационарно-периодическим случайным процессом. Из сопоставления уровней выходной мощности ЭМ излучения на П -ой гармонике и собственных щумов в единичной полосе, приведенных к соответствующему входу-выходу автодинной системы, получено выражение для потенциала АС на п -ой гармонике [2,5]:

П„= Рп /kTG„ Шп » <13)

где Рп - выходная мощность генератора на п -ой гармонике; к -постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; Шп - коэффициент щума на п -ой гармонике, который при регистрации автодинного отклике в цепи питания генератора по тоцу Шг.л или напряжению соответственно имеет вид:

Шг.„ - Do/eoG„j3„ Tj ;' Шн.п = GLnb/G^HZ, (14) где Но - размерный коэффициент переноса (преобразования) щумов в цепь пигвния генератора; fin - коэффициент, учитывающий • тепловые щумы сопротивления потерь АЭ; 71я , М>я - коэффициенты передачи по току и напряжению соответственно автодинного сигнала с п -ой гармоники в цепь питания генер'этора. Указанные

коэффициенты, рассчитываемые посредством действий с матрицами гармоник проводимостей АЭ и корреляции щумовых источников дробового щумо, представляются достаточно громоздкими и здесь не раскрываются. Подученные соотношения позволяют с привлечением ЭВМ сделать оценку щумовых параметров АС при полигармонической генерации и произвести оптимизацию ее режима с учетом способа регистрации сигналов.

2.2. Дзухчастотные автодины

На основе изложенного выше общего подходе с целью более детального изучения свойств полигармонических автодинов проведены исследования широкого круга вопросов, связанных с двухчастотны-ми автодинами. В данный круг вошли теоретические исследования -вопросов о коэффициентах ввтодинного усиления парциальных генераторов каждой гармоники в различных режимах автоколебаний; коэффициентах переноса автодинного сигнала с одной несущей частоты на другую, а также в цепь питания (коэффициенты автодетектирования); условиях устойчивости стационарного режима и связи этих условий с автодинными характеристиками; условиях резонансного увеличения ввтодинного отклика на определенных частотах модуляции; влиянии стабилизирующего резонатора на режим работы бигармонического автодина; особенностях автодинного отклика при взаимодействии колебаний генератора с отраженным излучением как на отдельных гармониках, так и одновременно на обеих, а также экспериментальное определение основных характеристик бигармонического генераторе на диоде Г'анна. Это позволило определить перспективы применения полигармонических СВЧ автодинов в СБРЛ и выяснить возможности использования автодинного режима для оценки параметров многочастотных автогенераторов.

Оригинальные результаты указанных исследований излоаены в [2,6,9,10,13,18,29,30,35,39,40,44].

2.2.1. Основные уравнения двухчастотного автодина и их анализ

Для квазистатического режима автодина, когда отражающий объект перемещается настолько медленно, что переходными процессами установления автодинного отклике можно пренебречь, пзтодшшыЗ отклик бигермонического генератора описывается следующими урав-'

нениями [29,35,39]: г

ао = - ПКс, OOS. (h - Vot) + Гг Ког cos Vet) J n Kit - /1 Кг OOS (I - Va),

<*1 = - П 0, - Vit) + r2 Kzi - %г)3 v = П Кц Д- Ц,) - Гг Kz cos (I - v>M), Щ = ~П (u>c</G>s«.<) Л/, Ab ($< + &<)- '

- /1 (ßJa/Qßm) Ai Sen + &2),

где

iJ QeH.i A

A + M.

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

коэффициенты евтодетектироввния (^ « 0), усиления ( с яJ ) и переноса ( К,г , Кц ) автодинного отклика с одной несущей на другую, е также модуляции обобщенной разности фаз { Кц , К'зе ) отраженным излучением;

are

( 2Q*iCüc ^z~J)

\ Оя, со,

'01 'ог

Л™ Ma ~ Mio Mio/(Л + Мое) J * Чц-Ми Mjc/(Ai-Mco)

фезовые углы относительного смещения автодинных изменений автосмещения, амплитуд евтоколебаний парциальных генераторов и обобщенной разности фез;

«-[л- S<

м =

Онг СО* Qh.< ¿¿ei

2Q*i (Ve, Mjo So Oh, U)ot(A + M^)

Sjs (A *Hco) + Mio А L* Нов

(i + tgW

(HisMl-

л

(21)

(22)

факторы автодинной девиации частоты каждого парциального генератора;

= Qrc6ß

S< + So Mio/(& * Moo)

20„.г W0, So M30 QM U)cz (£>

A~Ss +

é?t « ж 6, ^ - ^ + _

3 Sj + л Mio/(û + м,.)

фазовые углы относительного смещения автодинных изменений частоты колебаний;

So = Нао _/3,в ~ Mot fît, + Mot ~ MP3 JUn ,

S, = Mte J3t0 - м„ J3„ + Mt2 J3fi - MfS /1,1,

s4 = MzoJ3io — Mit J3<t + M22 - Mil fi,i ,

= M so ft to ~ M3IJ3„ + MJ2 J3a ~ MizJ^a-параметры, характеризующие модуляционную способности частоты автогенератора; à - определитель матрицы [S J(6); M у - соответствующие миноры этой же матрицы ( £ » 0,1,^,3).

Из подученных соотношений С15)—С19} следует, что при одном и том же относительном уровне отраженного сигнала ( Гп »Const ) амплитудные значения автодинных откликов в бигармонических автодинах, в отличие от одночастотных, зависят не только от собственных параметров и условий связи с нагрузкой отдельных парциальных генераторов, но и от условий автоколебаний другого парциального генератора. При этом на величины указанных амплитуд существенное; влияние оказывает детерминант Л системы (б), характеризующий чувствительность автодина, его модуляционную способность и устойчивость режима стационарных колебаний в области низких частот модуляции. Эта особенность автодинов позволяет достаточно просто произвести предварительную экспериментальную оценку ввтодинной чувствительности автогенераторов путем сравнения между собой их модуляционной способности.

С целью облегчения анализа уравнений (15)—(19) и интерпретации результатов экспериментальных исследований было принято ограничение рассмотреть автодинный эффект в клазинзохронных парциальных генераторах, у которых flij а 0, а также без учета автосмещения. При таком подходе выражения для коэффициентов (20)-(22) становятся существенно компактнее и приобретают физический смысл:

Kij = Kj hj KmiJ , /V; " f/Sft , (23)

где Kj я 2Qnj/Q&j djj - собственные коэффициенты евтодикного усиления парциальных генераторов при их одночостотной независимой генерации; кц - коэффициенты, учитывепдно вклад о автодин-

ный отклик изменений соответствующих амплитуд колебаний парциальных генераторов при бигермонической генерации: к„ =^«оСгг/А0,

к<1 = о , кн - "¿и 1¿ц/ле , ки ~ <^гг ^¿м /Де '>

= сС„ с/,, - об, ; = (< + -

коэффициенты, определяющие вклад изменений обобщенной разности фаз в соответствующий автодинный отклик генератора; - коэффициенты стабилизации частоты, обусловленные взаимной синхронизацией парциальных генераторов при воздействии отраженного издучения по каждой из соответствующих гармоник:

» / - (Ом/Ъ/Рм»= /Из анализа (23) следует, что перенос ввтодинного сигнала с одной несущей частоты на другую определяется отношениями

Сгг/А0 и "¿цоС„/До для того парциального генератора, на который переносится автодинный сигнал. При этом, если с^-»^/, то есть второй генератор настроен на режим вблизи точки бифуркации, а зависимость его инкремента от амплитуды автоколебаний первого генератора достаточно велика, перенос автодинного сигнала может происходить даже с усилением. Твким образом, чувствительность бигармонического евтодина по отношению к одноче-стотному может быть увеличена за счет издучения большей мощности парциальным генератором, взаимодействующим с отраженным излучением (он может работать вдали от точки бифуркации, в то время как второй генератор используется в режиме, близком к порогу генерации).

Отметим, что в случае асинхронной генерации квазиизохронных парциальных генераторов коэффициенты А^у- м I. При этом перенос автодинного отклика с одной несудей на другую обусловлен лишь изменениями амплитуд колебаний парциальных генераторов, а уравнения для частот их - взеимонезависимы. В случае же синхронной генерации взаимная синхронизация парциальных генераторов существенно влияет на параметры автодинного генераторе. При этом важнейшим моментом является знак и абсолютная величина коэффициентов стабилизации. Увеличить коэффициент при воздействии отраженного издучения по первой гармонике можно либо за счет <3НЛ > , когда второй генератор с высокодоб-ротньм контуром б синхронной режиме будет стабилизировать частоту возцущаемого первого парциального генератора, как отмечалось Г.Ы.Уткиным, либо за счет//(г >, когда второй генера-

тор "трудно сдвинуть по частоте" ввиду малой крутизны у^и • Из анализа формул следует, что при существенном увеличении 8втодинные отклики по изменению амплитуд колебаний фактически не уменьшаются, что особенно важно для практических применений высокостабильных бигармонических генераторов-автодинов.

Полученные результаты анализа упрощенной модели двухчастот-ного автодина использовались при обработке экспериментальных денных и расчете параметров бигармонических СВЧ генераторов на диодах Ганна.

2.2.2. Особенности сигналов бигармонического автодина

Исследование особенностей сигналов бигармонического автодина в общей форме подученных уравнений (15)-(19) не дает полного представления о его поведении при изменении режима АЭ, частот настроек резонаторов и других параметров генератора. Поэтому был проведен более детальный анализ особенностей сигналов бигармонического автодинного генератора на основе резистивного АЭ с вольт-амперной характеристикой Л/ -типа, аппроксимируемой нормированным полиномом третьей степени [39,44|. .

Для нахождения связи параметров генератора с качественными особенностями автодинного' отклика разработан алгоритм и составлена программа расчетов на ЭВМ, позволяющие для выбранного режима колебаний генератора определить коэффициенты матрицы (б), проверить условия устойчивости системы и вычислить коэффициенты автодинного усиления и переноса автодинного сигнала, а также величину овтодинной девиации частоты. После определения указанных параметров находилось решение трансцендентного уравнения (19) для изменений частоты Л<л){ г которое далее использовалось в С15)—С 18) для определения автодинных изменений вмплитуд О/ ,(Хг и обобщенной разности фаз Ч> .

Из анализа подученных результатов расчету следует, что:

1. Коэффициенты усиления и переноса автодинного сигнала, а также величина девиации частоты колебаний при .воздействии о*ра-женной электромагнитной волны практически не зависят от абсолютного значения и знака обобщенной расстройки резонаторов парциальных генераторов (по крайней мере при изменении Я> в пределах + 0,25).

2. Коэффициенты усиления и переноса автодинного сигнала в основном определяются величинами собственных ц взаимных крутизн

инкрементов парциальных генераторов.

3. Относительные фазовые смещения автодинных изменений <%< , аг , У и ¿Щ в рассмотренной модели обусловлены величиной и знаком обобщенной расстройки резонаторов парциальных генераторов.

4. Форма автодинных изменений, отличающихся от гармонического закона, существенно зависит от величины и знака обобщенной расстройки "ЭР* . При эег =» 0 (точно кратное соотношение собственных частот резонаторов) автодинные изменения , Яг и V имеют практически симметричную форму полуволн, однвко при наличии расстройки ( Э?г ^ 0) появляются более пологие и крутые участки мгновенных значений указанных величин, причем при смене знака меняется и порядок их следования.

5. Численный анализ формы автодинного отклика при взаимодействии колебаний бигармонического генераторе с отраженным излучением одновременно не обеих гармониках показал, что даже в случае малых изменений частоты генерации, евтодинный отклик представляет собой весьма сложную периодическую функцию величины времени запаздывания, зависящую также от амплитудных значений автодинной девиации частоты, разностей фазовых сдвигов, а также абсолютной величины времени распространения излучения до объекта и обратно. Отсюда следует, что отклик бигармонического автодина на совокупное воздействие отраженных колебаний не является простой суперпозицией автодинных сигналов при независимом воздействии отраженного излучения по первой и второй гармоникам, что указывает не существенную нелинейность процессов в рассмат^ риваемой АС.

Подученные данные расчетов подтверждены результатами экспериментальных исследований бигармонического автодина на диоде \ Ганно 8-мм и 4-ым диапазонов [б,9,35]. Для увеличения уровня второй гармоники в выходном излучении генератора [1з] в его конструкцию вносились изменения - исключался рекекторный фильтр.

Таким образом, проведенные детальные расчеты упрощенной модели бигармонического автодинного генераторе и экспериментальные данные позволили выявить.некоторые особенности автодинных изменений амплитуд парциальных генераторов, обобщенной разности фаз и частоты автоколебаний, связанные с рассгройкой собственных частот резонаторов. Полученные результаты анализа представляется полезными для оптимального конструирования АС на осыове би-гзруонических генераторов, а текке для интерпретации данных экспериментальных исследований. 1

2.2.3. Стабилизированный бигармонический автодин

Для исследования возможности уменьшения искажений автодин-ного сигнала, вызванных автодинными изменениями частоты автоколебаний, рассмотрен бигармонический генератор, стабилизированный внешним высокодобротным резонатором, который сопряжен с одним из парциальных генераторов. Поскольку в этом случае эквивалентная добротность стабилизирующего генератора существенно превышает добротность синхронизированного парциального генеоатора, то при внализе автодинных откликов учитывалась инерционность изменения амплитуды в стабилизированном парциальном генераторе, 8 другой рассматривался в квазистатическом режиме.

Полагая для определенности стабилизирующим второй парциальный генератор, с учетом принятых выше условий и предположений, относительно квазиизохронности парциальных генераторов, получены упрощенные выражения для коэффициентов усиления и переноса автодинных сигналов в виде:

(ялд = (г

к«(3лг)=(го^&кА.) [1 + (^т2оСнАа)3]'/\ К,(ЯХ.) йс) [< + ('ЯА,Ти„/А*)' У"

где бе =» До//УТг - коэффициент затухания, определяющий скорость переходных процессов в рассматриваемой стабилизированной системе и условия ее устойчивости \/< -в-оСн (/'цОм'/'п®*-*)/®"-*-Из полученных выражений видно, что нормированные относительно собственных значений при - » 0 частотные зависимости коэффициентов переноса автодинных сигналов , ^„(Ц*,/) и

коэффициента усиления стабилизированного парциального генератора КиС^г) аналогичны случаю одночастотного автодинр. При этом граничная частота 51гр среза на уровне 0,7 от максимального значения указанных коэффициентов определяется по формуле 52ГР ■ = соа, Ае/2о£„ Ом. 1

Частотная зависимость коэффициента усиления первого парциального генератора имеет, однако, несколько иной характер, который определяется соотношением параметров ^п/Ъ и Например, при равенстве этих параметров из выражения для К„(яА,)

следует, что параметры внешнего высокодобротного резонатора, стабилизирующего второй парциальный генератор, в отличие от од-ночастотного автодина, не ограничивают частотную характеристику, а значит и динамические свойства автодина, взаимодействующего с отражающим объектом на излучении первого парциального генератора. Это является существенным моментом для практического применения стабилизированных бигармонических генераторов в АС. Данный режим наблюдается в тех сдучаях, когда амплитуда одного из парциальных генераторов слабб зарисит от изменений ам- > плитуды генерации другого, то есть если один из коэффициентов оСп или сСц (соответственно Кп и Кц ) мал, при этом частотная зависимость очевидно определяется собственными параметрами нестабилизированного парциального генератора.

Уравнения для автодинных изменений обобщенной разности фаз V и частоты ДЧ>1 с учетом принятых допущений и условия Он.г»Gh.i имеют вид:

- Г, (2.Qhi/Q^J^H)slriSiAti +

При записи выражений (24) и (25) учтено, что коэффициент стабилизации частоты второго парциального генератора S^z в I. Поэтому, вследствие различия знаков Sit и Sfi , зависимости V и ¿¿¿V для случаев раздельного воздействия на первый и второй генераторы являются обратными ("перевернутыми"). Из (24),(25) видно так-яе, что обобщенная разность фаз V изменяемся в значительных пределах при воздействии на первый парциальный генератор, а величине автодкнной девиации частоты ¿М- наоборот существенно (в роз) уменьшается по сравнению с аналогичным одночастотным гЕюдкног^; (отсюда термин "коэффициент стебилйзацки частоты"). Ст,метим, что при равенстве любого коэффициента стабилизации нули генератор неустойчив, поскольку налейшпе флуктуации выводит его из синхронного рзкиме.

Проверке выводов теоретического анализа проводилась на генераторе с диодом Ганна 3~cü диапазона [iS]. стабилизированном вно-шним*.:Бысокодобротнш резонатором не второй горуонике, имеющем собствен:^ добротность порядка 16-103. Полученные результаты показали, ч?о кооффкцкзнт автодинного усиления ¡(¡, у генератора с резонатором к без }:аго практически ке изменялся и составлял

величину около 17 дБ. Однако, благодаря стабилизирующему действию резонатора, величина автодинной девиации частоты при одном и том же относительном уровне отраженного сигнала уменьшилась почти в 30 раз.

Таким обрезом, из проведенных экспериментов, подтвердивших результаты теоретических исследований, следует, что стабилизированный бигармонический автодин обеспечивает бея потери ввтодин-ной чувствительности и динамических свойств существенно лучшие параметры стабильности частоты, чем бигармонические евтодины без внешнего высокодобротного резонатора. Применение стабилизированных бигармонических генераторов позволит значительно улучшить форму евтодинного отклике и его спектральный состав, расширить динамический диапазон и повысить помехоустойчивость СБРЛ к воздействию различных помех.

2.2.4. Амплитудно-частотные характеристики и устойчивость бигармонического автодина

При анализе быстропротекающих процессов, при которых скорость изменения параметров автоколебаний под воздействием отраженного излучения сравнима со скоростями переходных процессов в автодинном генераторе, имеет особое значение рассмотрение амплитудно-частотных характеристик бигармонического автодина. Указанный еналиэ был проведен не основе уравнений (6), в которых в условиях динамического режима учитывались производные по времени. Поскольку эти же уравнения описывают вариации генерируемых автоколебаний при незначительных изменениях их режима, то параллельно с анализом емплитудно-чвстотных характеристик было проведено исследование устойчивости стационарного режима бигармонических колебаний на примере квазиизохронного генератора [40].

Из результатов работы [б] известно, что характеристическое время установления обобщенной разности фаз определяется формулой Zt/i - 2-Qn.i/u>oi Sji (i =» 1,2), тогда как времена релаксации амплитуд автоколебаний составляют « 2 оСц • Учитывая,

4toS/î>-> I и Sy/ » оба » ПРИ описании процессов в двухчас-тотном автодине уравнение для вариаций обобщенной разности фаз ¥ в (6) можно считать безынерционным и-учитывать, переходные процессы только в уравнениях для амплитуд <Z{ . Кроме того, для исследования амплитудной устойчивости бигармонического автодине можно пренебречь малыми сдви.-вми частоты автоколебаний, а также

влиянием автосмещения. Следовательно, из системы уравнений (6) получим:

dQ</di + (wa/2£?H,)(d{, Of вл) = П (¿Voi/pfrj) cos S,,

126)

dQt/di + (и)сг//20н^2, a, <-¿21 ¿V = rzC^oi/QtW-i) cos

Исследование устойчивости бигармонического автодина состоит в анализе знаков вещественной части корней характеристического уравнения Д(Р) • + 2б~р + Ъо/г,Тг , где б - (¿«/Т, подученного для однородной части' системы уравнений (26) заменой d/di на р . Особый интерес представляет сдучай, когда корни этого уравнения являются комплексно сопряженными; /V = -<Г+j V , Рг ш S-j V , где В определяет скорость зату::ения колебательных процессов в асимптотически устойчивой системе: V ^(Ац/^Тг-б"')1^-собственная частота системы. Условием устойчивости в данном сду-чее является неравенство 6"> О , при выполнении которого на частоте О-к наблюдается колебательный характер установления стационарного режима, т.е. релаксационные колебания. Более подробный анализ данного случая с помощью диаграммы Михайлова позволил найти частоту релаксационных колебаний SZR и запас устойчивости системы на этой частоте: Л(ая) = J[I6'[f+2.(Vt-б"*)]^?

Исследование подученных с помощью преобразований Лапласа выражений для частотнозависимых коэффициентов усиления и переноса автодинного сигнале:

К„ (z,) = 2GH, оС»г [1 + A(S2f),

Ktitet) = -¿Qn.zdu/QSu.t A (Sl}),

Kn (S2t) = - 2QM OLx/Q&I A (Si,) j

Kit (S22) = 2Qh.icL„ У + (si, T1ty]/OeH.t A(S2t),

где SiZi)z+4(6n.if\ , на экстремум показало од-

нозначную связь условий устойчивости и условий квазирезонансного увеличения амплитуды 8Втодинного сигнале в.области частот Si — £Lr при наличии комплексно сопряженных корней характеристического уравнения. Физический смысл этого явления, очевидно, заключается в том, что при уменьшении энергии под воздействием отраженного сигнала автоколебаний одного из парциальных генераторов происходит ее относительное увеличение у второго генератора. Тогда последний играет роль накопителя энергии, обусловлнва-кдего релаксационные колебания в двухчэстотной АС. Отметин, что явление резонанса релаксационных колебаний, обеспечивающее по-

вишенную чувствительность АС на определенных частотах, может найти применение в СБРЛ для селективного обнаружения отражающих объектов, движущихся с соответствующими скоростями.

Следующим фактором, влияющим на динамику формирования авто-динного отклике генератора и требующим отдельного рассмотрения, является инерционность цепи автосмещения.

Реальные конструкции полупроводниковых автогенераторов для предотвращения потерь мощности СВЧ на паразитное излучение, а также обеспечения устойчивости режима генератора имеют в цепи питания блокировочную емкость 0о фильтре нижних частот. Эта емкость в совокупности с сопротивлением резистора в цепи питания автодинного генератора при условии IX * * , где 52л - частота автодинного сигнала, окаэывгет существенное влияние на процесс установления автодинного отклика в автогенераторе. Влияние такого инерционного автосмещения в двухчастотном генераторе-автодине проанализировано в ^40]. При этом автодин-ные изменения частоты, как и в предыдущем сдучае, из рассмотрения исключались, и постоянная времени То в исследуемом автодин-ном генераторе полагалась превалирующей над 77 и Тг , т.е. пре-небрегались производные в уравнениях системы (6) для относительных автодинных изменений амплитуд парциальных генераторов и обобщенной разности фаз. Анализ полученных с помощью преобразований Лапласа выражений для автодинного отклика показал, что модули коэффициентов автодетектировпния Ко/ и к'оз автодинного сигнала монотонно уменьшаются с частотой 42д, , тогдв как коэффициенты усиления и перекоса /<¿7 автодинного сигнала зависят от частоты более сложным образом, так что для различных параметров автодинного генератора может наблюдаться подъем на высоких частотах модуляции, спад или плоский участок амплитудно-частотной характеристики.

Таким образом, инерционность автосмещения также оказывает существенное влияние на формирование амплитудно-частотных характеристик двухчастотных автодинов, которое необходимо учитывать при проектировании АС.

2.2.5. Результаты экспериментальных исследований двухчастотных автодинов

Экспериментальные исследования бигармонических автодинных генераторов проводились с целью как подтверздения положений те-

оретнческого анализе, тек и для получения самостоятельных научных результетов.

Основной объем экспериментальных исследовений был проведен г бигермоническими евтогенераторами волноводно-ковксиальной конструкции на диодах Гвнне, работающими соответственно в 8-мм и 4-мм; 3 и 1,5-см диапазонах длин волн [2,6,9,10,13,29,35,44]. Конструкции генераторов позволяли использовать раздельно выходы излучения на первой и второй гармониках, изменять связь с нагрузкой и частоту настройки резонаторов в широких пределах [э, 10,13].

Методика экспериментального исследования автодинного эффекта в бигармонических генераторах и стенд для проведения соответствующих измерений характеристик, разработанные автором, описаны в [2,6,9,10,13,29,35]. Здесь представляют интерес основные' результаты работы [29], полученные для генератора с колебаниями в 3-см и 1,5-см диапазонех длин волн. Регистрация автодинных изменений амплитуд колебаний автогенератора на основной частоте и на второй гармонике при изменении фазы отреченной волны от подвижного короткозамыкающего поршня производилась с помощью внешних детекторов, а соответствующие изменения частоты генерации контролировались анализатором спектра.

Графики экспериментальных зависимостей относительных изменений мощностей излучения по первой йР1/Ра и второй ДРа/^г гармоникам, а также относительного изменения частоты ¿и),/ш,0 от нормированного не длину волны в волноводе ^в перемещения поршней в тракте первой и второй гармоник приведены на рис.3 и рис.4 соответственно. При этом аттенюаторами устанавливался коэффициент отражения Г* 8-10"^ в обоих трактах.

Анализ подученных экспериментальных данных с учетом результатов теоретических исследований позволили сдолать следующие выводы:

1. Генератор основной гармоники является стабилизирующим, поскольку при воздействии отраженной волны в тракте второй гар--моники он ослабляет сдвиги частоты, тогда как при воздействии I е тракте первой гармоники сдвиги частоты не ослабляются.,

2. Автодинные изменения мощности каждой гармоники,непосредственно взаимодействующей с отраженным излучением, обусловлены,

в основном, зависимостью электронной проводимости ДГ от собственных амплитуд автоколебаний. Коэффициенты автодинного усиления

'»ис.З

Ш< Шо,

по первой гармонике составляют 16,9 дБ, а по второй - 18,4 дБ.

3. Коэффициент переноса автодинного сигнала с первой гармоники на вторую имеет величину 0,32, а со второй гармоники на первую составляет 0,16.

4. Вследствие взаимной синхронизации парциальных генераторов гармоник эквивалентная добротность стабилизируемого генератора увеличивается примерно в 6 раз и составляет величину порядка 10^.

5. Отклонение графиков на рис.3 и 4 от'синусоидальной формы, обусловленное неравномерными изменениями фазовых набегов отраженных волн в трактах каждой гармоники, в данном случае значительно меньше, чем для случая одночастотного автодина. Рис.4

Аналогичные результаты наблюдались у биглрмонического генератора, исследованного в [б], однако в том случае стабилизирующим был парциальный генератор второй гармоники, а коэффициенты усиления и переноса автодинного сигнала бьии существенно меньше и обусловлены преимущественно влиянием изменений обобщенной разности фаз.

Из графиков рис.3 и 4 видно, что по относительным фазовым смещениям аптодинных откликов можно судить о направлении движения отражателя. Этот, факт может использоваться в СБРЛ для селекции отражающих объектов по направлению их перемещения. Одночпс-тотнне автодины для такой селекции требуют сложного анализа особенностей формы автодинного сигнала [21,Зв].

Для оценки коэффициента стабилизации частоты автодинного генератора были проведены измерения девиации частоты под воздействием отраженной волны в трактах первой и второй гармоник

при расстройке частоты резонаторов первого и второго парциальных генераторов. Было установлено, что коэффициент б/ по крайней мере больше 10.

При исследовании влияния расстройки парциальных резонаторов генератора 8-мм и 4-мм диапазонов на особенности формирования автодинного отклика установлено, что от данного параметра зависят как форма сигналов, так и их фазовые сдвиг'и. Эти результаты подтвердили выводы теоретического анализа. Кроме того, в процессе выполнения данных экспериментальных исследований обнаружено новое явление, заключающееся в зависимости амплитуды и частоты автодинного сигнала при определенных режимвх расстройки релонаторов от направления движения отражающего объекте. Данное явление, очевидно, связено с есимметрией и неоднозначностью эквивалентной фазочастотной характеристики двухконтурной колебательной системы, что вызывает гистерезисные изменения амплитуды и частоты колебаний генератора.

Оценка щумовых характеристик бигармонических генераторов-евтодинов после их настройки на максимум чувствительности проводилась по величине энергетического потенциала. Измеренные значения потенциалов в полосе доллеровских частот от 50 Гц до ЮкГц при отношении сигнал/щум 2 и напряжении питания 7,5 В (для генераторе 3-см и- 1,5 см диапазонов) составили 103 дБ на основной гармонике и 92 дБ - на второй. При этом потенциал одночастотного евтодина с тем же экземпляром диода Ганна и прочих равных условиях получен порядка 95 дБ. Аналогичные величины для генератора 8-мм и 4-мм диапазонов были порядка 90 дБ, 70 дБ и 93 дБ соответственно.

Как упоминалось выше, были экспериментально исследованы также особенности сигналов при совокупном облучении отражающего объекта ЭМ излучением обеих гармоник, параметры стабилизированного бигармонического генератора-автодинв и амплитудно-частотные характеристики автодинов при высоких частотах модуляции [2,Ю,4о].

2.3. Одночестотные автодини

На основе подученных общих соотношений для анализа автодинного эффекте проведено исследование одночястотных автодинов с учетом влияния цепи евтосмещения и других факторов и подучен ряд новых результатов, позволивших нейти пути дальнейшего совершенствования АС. Оригинальные результаты указанных исследований из-

- 39 -

ложены в [i,7,8,10,14,17,28,36,37,41,42,46,49,J53].

2.3.1. Основные уравнения одночастотного ;автодина и их анализ для динамического режима

Рассмотрен автодинный СВЧ генератор с цепью автосмещения первого порядка, имеющий высокодобротный резонвтор с целью уменьшения искажений автодинного сигнала [37,4ll. В рамках данной модели учтены также влияние изменений частоты на параметры автоколебаний генератора и инерционность цепи автосмещения. Анализ выполнен на основе системы линеаризованных уравнений для определения относительных автодинных изменений автосмещения С10 , амплитуды С(< и частоты a? =&u)t/w<0 колебаний:

dcn0/cU = -(i/%)(oC0o +с/о,Q, +&0-ге),

daf/di = - (i/T<)(oCfo ао + и» а, +£, зе) + П ooslti

о = -(ifr)lfi,0 etc +J3„а,эе) + Г, (а)0,/Ое*.,)&и> (27)

где S0 - Rc (0Jc,/Va)(Plo/dco)Q - параметр, определяющий вклад в изменения эвтосмещения вариаций частоты генерации ("частотное вв-тодетектирование"); £, = дСл/дсо)0 - параметр, учиты-

вающий влияние изменений частоты на амплитуду колебаний; ^ = » ™ gp - параметр, учитывающий частотную крутизну реактивных проводимостей АЭ » (cVB,/BA^)(ig 9 и КС СВЧ генератора ^ (дЩ/Зсо) = 2&*< на автодинные изменения частоты, остальные обозначения раскрыты выше.

При использовании авгодинов для исследования быстропротеке-ющих процессов требуется учитывать обобенности проявления автодинного эффекта в динамическом режиме. Для этого на основе соотношений (27) и некоторых упрощающих анализ допущениях ( £0 я а <Ej я я 0, т.к. Он.1»I) рассмотрена частотная зависимость коэффициентов автодинного усиления, автодетектнровения и величины девиации частоты, влияние параметров автосмещения не автоднн-ную чувствительность, а также вопрос об оптимальной регистрации автодинного сигнала в цепи питания генератора. Решение системы j (27) с помощью преобразований Лапласа для этого случая имеет зид:

QoLi) = П ко к, Kc(R0 CPS [SiAi - Voted], (28)

= nktKi&d oos[£Ul- wau], : i29)

. AM,(i) (cv*/(¡Ь.,)Л/, Л/(ЯА) St/7 [Цьi * &Csbd]. (30)

где к. kt - „ Г - коэффициенты автодетекти-

рования и усиления автодинного сигнала на малых частотах модуляции ( Дд = 0); KB(a¿ - 65"*+ 9f)/Ae(su), А',<%)» Ko(aJ*\l + Í4» tf] 0 ' нормированные характеристики частотной зависимости коэффициентов

к, и к, ; H>.t$¿) = en i#[2eonA/(£.z * S2¿)] , % (S2a) = = y¿{SU~ arcitp(S2aT„) ~ Фазовые углы запаздывания автодинных изменений автосмещения и амплитуды автоколебаний; а[(Лсо/Те 7))-

собственная характеристическая частота системы; 60 ж ■ (j/Zt + i/z^/B ~ постоянная, определяющая скорость затухания переходных процессов в автодинной системе и ее устойчивость при условии ó"0 > О ; г, - т4/ы.н , ^ * Т,/и00 - собственные характеристические постоянные времени автодинного отклика в резонаторе и в цепи евтосмещения соответственно; Л* = i/ees&o - фактор неизохронности автогенератора, определявший амплитудные значения величины девиации частоты при малых частотах модуляции ( S2a сг 0); A/(2J ж [/ + ms/A 2(ал) Т0 ¡Cot 6С COS в fa) - нормированная характеристика частотной зависимости величины девиации частоты генерируемых колебаний; 6 (hx) » arc ¿e¡\rfíc + вс » (¡(Яд-о) - aretg фазовые углы запаздывания частотных изменений, обусловленные неизохронностью генератора; =

« + ^-Я.Х) i me * ун,А0х

*(б.*+ +2f>„<T0siZГ.; ñl(QA) v/-Qjf+J/ffstf ■

Ac, = <¿oo°¿,l ~<ÁolO¿lo ; = \j3>,iol00 —JSfooLc^/oCtioíoo Г —

параметр неизохронности генератора с цепью аптосмещения; Г =» » i - <¿o<<¿io/o¿«Uoo ~ коэффициент регенерации автодинного сигнала из-за наличия обратной связи (реакции евтосмеипния).

Анализ полученных соотношений покапал, что частотные зависимости коэффициентов пвтодетектиропания и усиления автодинного сигнале монотонны и симметричны относительно SVA « 0. Однако, .из результатов исследований выражения для следует, что

частотная зависимость величины девиации частоты автоколебаний не является симметричной функцией относительно £>д а 0. Вид и характер этой функции в значительной степени определяется как параметром ноизохронности и коэффициентом регенерации Г , тек и соотношением постоянных времени Тв и Г, . Для упрощения анализе этих связей рассмотрены отдельно случаи инерционного и безынерционного евтосмещения.

В случао инерционного автосмещения, когда ТР» Zt i выражение для А/('сд) имеет вид:

р^^йЛЧ^аЛТ Ш)

I 0 + Уно)( 1+&1) )

где Я.0 ж Яа'Сс/Г , - параметр неизохронности генератора при отсутствии цепи автосмещения. Из (31) видно;, что функция также несимметрична относительно Л» ■ 0, и вид ее существенно зависит от параметров и ун .

В другом, также интересном для практики сдучае безынерционного автосмещения , получено:

={|Ун' + 0+ + &)*]/(<+у£)({ + Я*н)1}. (32)

где 52н =• Лд^/А' . Из (32) следует, что наибольшая крутизна частотной дисперсии в окрестности » 0 получается при Хио * т.е. 60 =» +45°. При других значениях параметра неизохронности , автодинного генератора эффект частотной дисперсии проявляется в меньшей степени, и в случае изохронного генбрЕТора, при ун0 - О, он полностью отсутствует. Отметим, что угол фазового смещения изменений частоты генерируемых колебаний для неизохронного генератора также зависит от величины Лд, . Причем, при изменении знака частоты автодинного сигнала (то есть знака радиальной скорости движения отражающего объекта) изменяется также и направление фазового смещения

Физический смысл дисперсии автодинной девиации частоты генератора связан с изменением фазовых углов , и &(£■/) при увеличении 52д, . Модуляция частоты автоколебаний за счет автодинных изменений автосмещения й0 и амплитуды вследствие неизохронности генератора усиливается при одном знаке 52д и ослабляется при другом. Такие динамические особенности зависимостей автодинных откликов СВЧ генератора от частоты ! проявляются в отличиях формы и степени искажений автодинных сигналов для приближающихся и удаляющихся отражающих объектов -при различных скоростях их перемещения.

Особенности спектра автодинного сигнала с учетом эффекта частотной дисперсии девиации частоты автоколебаний рассмотрены в предположении равномерного прямолинейного движения отражающего объекта. При этом предполагалось, что в процессе движения отражателя параметр искажений р изменяется достаточно медленно по сравнению с автодинными изменениями амплитуды н частоты колебаний. Кроме того, амплитуды автодинных вариаций г? ¿У и ао-

токолебаний изменяются также медленно, что упрощает расчет их спектров.

Используя разложение Бесселя-Фубини, в рамках сделанных выше предположений проведен расчет спектров автодинных откликов для динамического режима автодина. С учетом (28)-(30) выражения для спектров автодинных изменений амплитуды и частоты, справедливые при условии^ ^ I, имеют вид: <?<• ¿у = П к к, £с„ К„ СОИ (ппл{ -

'•о «*>

лси({) = 1-е,,),

где С - 0 или I; С„ . (Вп//„в^ а)*/*; А„ = (-1)" »

* !>*-, («р) - (пр)]/п : Вп - (-1)п'121п[пр)/пр ; (пр) -

функция Бесселя; р - П((ц,/аш)А/0 Л^ЯО Г ; Кп '['+ (п^Т,)2] Ч/г-коэффнциент передачи п -ой гармоники; Ч'п " п&дТ, - фазовое запаздывание п -ой гармоники автодинных изменений амплитуды; У2, - - фазовый сдвиг П -ой гармоники, обусловленный неизохронностью генератора; Ып

-Сед/] фактор автодинной девиации на

частоте пЯд ; Вп » а'С^[&„/(*+и^Г, + а'^л'Т,2)] - фазовое смещение п -ой гармоники автодинных изменений частоты.

Анализ подученных выражений показывает, что постоянная составляющая автодинных изменений частоты отсутствует, т.е. частота колебаний генератора в рамках рассмотренной модели одноконтурного овтодина сохраняет свое среднее значение неизменным. Амплитуда первой гармоники автодинного отклики с увеличением параметра искажений р уменьшается, а высшие гармонические составляющие - растут. Спектр автодинных изменений пмплитуды содержит постоянную составляющую С0 т 1,(р)со1в и высшие гармоники частоты пх , уровень которых с увеличением параметра р , зависящего от амплитуды отраженного сигнала, также возрастает.

При изменении знака радиальной скорости и прочих равных условиях в спектральных компонентах ввтодинных откликов неизохронного генератора в отличие от изохронного изменяются не только углы фазового смещения Р„ , но и их амплитудные значения. Так, например, при ?0 амплитуда первой гармоники при отрицательном значении доплеровской частоты Яа (объект удаляется) больше, чем амплитуда этой гармоники при положительном значении -^(объект приближается), тогда как постоянная состаилякхшя и высшие

гармоники имеют обратные неравенства:€<>('£*), Qii+Q/ü > >0г(-Ял) и т.д.

Проведенный анализ динамического режима автодинного генератора показал, что наблюдаемые экспериментально различия формы и степени искажений автодинного сигнала при изменении скорости и направления движения отражающего объекта могут быть объяснены неизохронностью генератора.

2.3.2. Автодинный отклик с учетом частотного детектирования

Явление частотного детектирования, при котором изменяются постоянная составляющая в цепи питания АЭ (автосмещение) и амплитуда колебаний при изменении частоты генерации, обусловлено, инерционностью процессов формирования и переноса основных носителей в подупроводнике АЭ. Как показали экспериментальные исследования, это явление наблюдается у большинства видов генераторов СВЧ. Учет частотного детектирования позволил рассмотреть более общие свойства и закономерности автодинных сигналов СВЧ-генера-торов на различных типах АЭ [17,37,38,42]. К этим свойствам относятся зависимости формы откликов, разностей фаз между ними, в также потенциала СВЧ-генераторов на ДГ и ЛЦЦ от режима их работы и связи с нагрузкой.

Для квазистатического режима работы автодина из системы (27) подучены выражения для нормированных автодинных изменений автосмещения О, , амплитуды cit и частоты генератора Э2 в виде:

50 = ав/е>м. = л* [(и- £ - к], (33)

ä< = af/(7„, = cos - (34)

я. = зг/зеп = sin [(1+йзет)и>юг + 0], \ (35)

где &„„ и /у А^ Ад , (Хт1 х ПК , т _ относительные

емплитуды соответствующих ввтодинных изменений; Х* •¿О* -EeßaУО&м&РЯУ/ - коэффициент автодинного усиления; /(д « ы -</«- коэффициент.; автодетектнрова-ния; Мо ¡- коэффициент отно-

сительной автодинной девиации частоты; <Ув «а/т.ia^£ Л/

/^ßi -J.0,%)} , % ■ areigl^c,Ы^У^Г^Ж 0 »

-aic,J3»)/"o^c-ioif) - фазовые углы смещения указан-

ных автодинных откликов; й - определитель системы (27). Сигнал внешнего детектирования ', при которой регистрируются пзмеие-

ния мощности, поступающей в нагрузку СВЧ генератора, описывается следующим выражением:

д-р = аР/аргп = ■<•«[(/ + - ' (36)

где аРт ш ПКАКвн£- амплитуда сигнала; Кен - ео& V, /(<** *коэФФиЦиент внешнего детектирования; 1> - коэффициент ответвления мощности на внешний детектор; <рР « - агсЦ £-£о/») +о£А~\.

Дифференцируя трансцендентное уравнение (35) по времени 2Г , получим:

СШ _ СО,а СО$ [(/ * £ ^пНТ + (3?)

где р - ЗётЩо'С - параметр искажений автодинного отклика. Анализ полученных соотношений (ЗЗ)-(ЗЬ) и (36) с учетом (37) показал, что автодинные изменения частоты £ приводят к несицусоч-дальным изменениям автосмещения а, , амплитуды а( и мощности Ор генерируемых колебаний даже при равномерном изменении времени Т распространения отраженного излучения. Влияний ¿Ё возрастает при увеличении расстояния до отражающего объекта (соответственно V- ) и величины отраженного сигнала и определяется величиной параметра искажений р . Как видно из (37), при р < т автодинные изменения <Х0 , ¿7, , ар и а? являются гладкими, непрерывными, а при Р^- I функции (33)-(36) при изменении Т имеют точки разрыва и, в зависимости от направления движения отрожатпля, изменяются скачкообразно с гистерсзисными явлениями. При значительном увеличении параметре/5 {Р » I) форме автодишшх изменений "Эе. существенно усложняется, приобретая пилообразный вид. Таким образом, качественно поведение рассматриваемого автодинного СВЧ генераторе, обладающего эффектом частотного детектирования, аналогично поведению евтодинов, у которых данный эффект отсутствует.

Из сравнения подученных общих соотношений (ЗЗ)-(ЗЬ) с результатами анализа предыдущего раздела следует, что частотное детектирование в овтодине вызываот количественные изменения амплитуд евтодинных откликов и дополнительные фазовые смещения между автодинными изменениями параметров автоколебаний, итоги экспериментальных исследований которых представлены ниже.

2.3.3. Экспериментальные исследования одночастотных автодинов

Для изучения характеристик доплеровских СБРЛ и экспериментальных исследований автодинов на основе СВЧ генераторов дучшим методом имитации отраженного сигнала является использование перемещающегося отражателя. В этом случае можно вцделить квазистатический и динамический режимы работы автодина, условия регистрации слабых и сильных отраженных сигналов, а также достаточно точно измерить потенциал, коэффициент автодинного усиления, чувствительность системы и определить параметры генератора по его автодин-ному отклику.

Функциональная схема экспериментальной установки, разработанной с участием автора, для комплексного изучения формы и спектра автодинных откликов по изменению амплитуды и частоты СВЧ колебаний, напряжения автосмещения и мощности в нагрузке автодинного генератора, описана в [зб,42] . В ней предусмотрены измерения указанных автодинных откликов при изменении расстояния до отражателя-имитатора, скорости его перемещения, направления движения, уровня отраженного сигнала и других факторов. В качестве движущегося отражающего объекта использовался электромеханический имитатор с вращающимся в изгибе волноводного трэкта зондом, позволяющий исследовать динамический режим работы автодинов до скорости движения 220 м/с [68]. Выходные сигналы автодина регистрировались с внешнего детекторэ, с выхода частотного дискриминатора, подключенного к тракту УПЧ анализатора спектра, а тажо по изменению автосмещения в цепи питания генератора.

В процессе экспериментальных исследований динемического рз-

автодинных генераторов во всем указанием диапазона скоростей движения отрэкателя вносились кзкенения г» расстояния: до имитатора, уровня отращенного енгиеяа и направления даотзная. Днслпз подучзнннк данг-пп: подтвердил правильность дозодоо гаорз-тчческого анализе о наличии чэстотной диспзрскм езтодшзгоро сигнала .у СВЧ генераторов, еохрензния периодичности с доплерокскоЛ частотой к стзбилькосгн фззовкс пэрэходоз ев?о;у«с,*ого суйлппз5 что валяется 5<гжш дял построения доплс-рогсепс СБРЛ ;то оспогз • • СБ5! генераторов.

Ззспернменталыюо исследования разности фаз г:аг,ут.г зггод:;н-гга-м откликам;« по изменения автосмещения» мощности п нагрузке и о?5Ллмт.уды СВЧ колебгнпй покозелн, ч?о з геиерлтор^х из ДГ п ЛЯД

частотное детектирование имеет существенное значение. Наличие фазовых сдвигов между автодинными сигналами представляется интересным для практики ввтодинных СБРЛ при определении направления движения отражающих объектов, расширения области рднозначно-го определения отклонений размеров контролируемого изделия от размеров эталонного образца, а также для экспериментального исследования внутренних характеристик различных генераторов по их евтодинному отклику [l5,17,21,22,25,27,38,42,4б].

При экспериментальном исследовании влияния нагрузки на особенности формирования автодинного отклика в СВЧ генераторах обнаружено, что введение неоднородности в тракт распространения излучения вызывает значительную деформацию его формы. Так, при определенных значениях модуля и фазы коэффициента отражения от неоднородности, создаваемой введением в волнопод перестраиваемого по глубине погружения и положению штыря, наблюдается зависимость амплитуды и частоты автодинного сигнала от направления движения отражателя. Данное явление, имеющее место, как уже отмечалось, также у двухчастотных автодинов с расстроенными парциальными резонаторами, представляет практический интерес для идентификации направления движения отражающих объектов в автодинных СБРЛ.

В проведенных экспериментальных исследовуниях автодинов на ДГ и Л1Щ указанных выше типов был измерен их потенциал. Настройка не максимум потенциала осуществлялась вариацией связи генератора с нагрузкой и напряжения (тока) питания. Эксперимент показал, что наибольшим потенциалом обладают овтодины на ДГ типа АА727А, величина которого в полосе от 100 Гц до 20 кГц составляет 90т95 дБ. Потенциал аитодинов на Л1Щ при аналогичных условиях регистрации составил 70,..75 дБ. Таким образом, наиболее предпочтительными АЭ для АС мм диапазона являются ДГ, обладающие также более высокой электрической прочностью, стабильности и не требуют высоких значений питающих напряжений.

2.3.4. Автодинный отклик при сильном отраженном сигнале

В случае, когда на автодинный генератор воздействует отраженная электромагнитная волнп, соизмеримая rio амплитуде с собственной амплитудой автоколебаний в автономном режиме, линеаризованные уравнения становятся несправедливыми и анализ автодинной

системы для денного случая представляется достаточно сложным. Поэтому в работе [49] приведены результаты только экспериментального изучения формы автодинных откликов генераторов 8-мм диапазона на диодах Гання типа АА727А и Л1Щ - КА717Б при квазистатическом движении отражателя, создающего сильный сигнал. Исследуемые генераторы после предварительной 1 настройки их на максимальную эвтодинцую чувствительность контролировались на отсутствие влияния многоконтурности КС (по форме сигнала). Длина вол-новодного тракта до отражателя во всех экспериментах составляла 0,5 м, а значение модуля коэффициента отражения достигала 0,8. Генераторы на ДГ исследовались при напряжениях 3,5 В и 4,0 В, а на ЛЦЦ - при отношении рабочего тока к пусковому, равном 1,3.

Анализ полученных осциллограмм при сильном отраженном сигнале показал, что форма автодинных откликов близка по характеру к форме откликов при слабом сигнале, когда коэффициент отражения П« I, но параметр искажений р> I. Влияние нелинейности АЭ проявляется преимущественно в том, что амплитуда сигнала как бы ограничивается сверху, т.е. уменьшение амплитуды СВЧ колебаний, генератора под воздействием отраженного излучения заметно пре-. вышает ее увеличение. Это объясняется меньшей крутизной элект-' ронной проводимости АЭ в области малых амплитуд колебаний.

В процессе экспериментальных исследований автодинных генераторов производилось также изменение скорости движения зонда имитатора доплеровского сигнала от минимально возможной величины (порядка 0,5 м/с) до максимальной (80 м/с). При этом наблюдалось сохранение периодичности с доплеровской частотой я стабильности фазовых переходов автодинного отклике.

Таким образом, результаты экспериментального исследования автоколебаний в одноконтурных полупроводниковых азтодинах ш диапазона показывают, что при сильных отраженных сигналах аото-диннкй отклик сохраняет периодичность с доплеровсдой частотой, что лвляется важным для использования автодиноз а ;упоцяцутих гн-и?э радиотехнических системах различного назначения. Однако, пр-з обработке сигналов в таком сдучез необходимо учиткзатг» кслог?-ния их формы и сисчкообразный характер.

2.3.5. Особенности спектра ввтодинного сигнала СВЧ генератора в сдучае распределённого отражающего объекта

В реальных условиях работы СБРЛ автодиннкй СВЧ генератор взаимодействует с излучением, отраженным от распределенного, пространственно неоднородного отражающего объекта. В работах [7,10,14,53] с учетом влияния изменений частоты рассмотрены особенности автодинного сигнала, обусловленные различными фазовыми набегами волн, отраженных от отдельных точек такого объекта.

Автодинный отклик для случая ы независимых парциальных отражателей описывается выражениями:

а = (38)

п-<

/V

¿¿V =- ^¿^¿¿п + + (39)

п*1

где Ап ш ГпИа , ■

- коэффициент

отражения и время запаздывания излучения от п -го парциального отражателя. Используя разложение (38),(39) в ряд по функциям Бесселя с учетом малости аргумента, когда наибольшие отклонения

Ч8СТОТЫ т £ ¿и>„„ МОЛЫ, ТЭК ЧТО Ди>мцх'£'»аг=-Рмг < ЦЧ,

где Сиаж - время запаздывания излучения до наиболее удаленного отражателя, подучено:

Е £ Е... £

и*г к,'-»0 Ь'-ь" А*»-60

л/

* л* [м,о тп + £/•„ (и>„тн + &Л) Ш)

пч /

где р, - Аи>т, - парциальный параметр искажений. Здесь при взаимном перемещении отражающего объекта и автодинной системы со скоростью «¿„Т,-+¥>п , где 52„ ш2и),„\/„/о - доп-леровская частоте; У?> - начальная фаза.

Из (40) следует, что хотя входное воздействие на автодинный генератор определяется простой (линейной)'совокупностью парциальных отраженных излучений от распределенного объекта, характеризуемых коэффициентами /я и временами запаздывания Тп , автодинный отклик представляет собой сложное колебание, содержащее; кок кратные 52я частоты, так и комбинационные вида ая*к,п, Только в случае гипотетического евтодиня, не имеющего ввтодин-

них изменений частоты под воздействием отраженного излучения (Ял * 0), спектр автодинного отклика будет соответствовать спектру гомодинной системы.

Результаты анализа и моделирования на ЭВМ дают качёртвенное объяснение наблюдавшимся экспериментально "рассыпаниям" спектра сигнала при исследовании возможностей применения эвтодинных СБРД для измерения скорости локомотива относительно полотна дороги, а также вагонов на сортировочной горке.

Выявленные для рассматриваемой модели радиолокационной обстановки особенности автодинного сигнала указывают, что в эвтодинных СБРЛ с доплеровской селекцией цели неог5ходимо учитывать наличие комбинационных помех сигналов от отдельных отражающих объектов. Для повышения разрешающей способности и помехоустойчивости АС прежде всего необходимо применение мер по снижению величины автодинной девиации частоты автоколебаний. В этом плане представляется перспективным использование .стабилизированных и бигэрмонических автодинов, обеспечивающих существенно лучший спектральный состав автодинного сигнала.

2.3.6. Переходные процессы в автодинном генераторе

Изучение переходных процессов установления автоколебаний имеет особое значение для практического применения автодинов с импульсной модуляцией (ИМ), а также при определении времени готовности к работе АС после ее включения [8,32,34,48]. Кроме го-го, у автодинов на ДГ и Л1Щ в некоторых режимах наблюдается частое выгорание диодов при включении источника питания. Для изучения и устранения указанного явления проведено исследование переходных процессов с учетом реакций нагрузки по СВЧ и автоснещэ-иию, а также изменения параметров АЭ после включения, связанного с самопрогревом генераторе.

Кай показали математическое моделирование нэ ЗВМ и экспериментальные исследовения, переходный процесс устеновления редашэ автодинных генераторов нэ ДГ и ЛЦЦ может иметь осциллирующий характер с переменными амплитудой и периодом, зависящим о? выбора рабочей точки и нагрузки по СВЧ. Основной причиной текнх осцил- • ляций может являться выбег частоты колебаний вследствие семо-прогреве генератора после его включения. Данное явление оказывает влияние но формирование автодинного отклика у генераторов с ИМ, вызывая изменение фазы выходного сигнала во времени, увс-

личивает время готовности автодинной СБРЛ к работе после ее включения, а также является одной из причин выхода диодов из строя. Для исключения этих явлений необходимо ..при конструировании автодинного модуля обеспечить минимальную величину выбега частоты, используя высокодобротный резонатор, слабую связь диода с резонатором, улучшенный теплоотвод, а также использовать уменьшенную длину СВЧ тракта от генератора до существенной неоднородности нагрузки (антенны). В качестве дополнительной меры по повышению надежности АС в этом плане можно рекомендовать применение устройств регистрации автодинного отклика в цепи питания, описайных в [1,8,10-12,19,50,5IJ.

2.3.7. Автодинный генератор с цепью автосмещения второго порядка

На основе разработанной модели двухчастотного автодинного генератора выполнен внализ особенностей частотной зависимости коэффициентов усиления и автодетектирования у евтодина с цепью ввтосмещеник второго порядка, имеющей, в отличие от обычной Ro -цепочки первого порядка, собственную резонансную частоту я» [19, 28]. Исследование этих вопросов имеет практический интерес для1 расширения области применения и улучшения параметров АС на полупроводниковых СВЧ диодах [43,62,65,69].

В качестве изучаемой модели автодинного генератора выбрана автоколебательная система с двумя степенями свободы, в которой выполняются условия генерации на частоте cüot настройки СВЧ резонатора, имеющегс эквивалентные параметры параллельного колебательного контура, в цепь смещения представлена также параллельным контуром, на собственной резонансной частоте Sl0 которого автоколебания отсутствуют. A3 генератора в донной модели имеет вольт-амперную характеристику N -типа.

Анализ выполнен для двух случаев. В первом случае собственная частота контура У2 находилась в области низких частот по сравнению с граничной частотой Я-г/> » iOp,oi,/2Cli,.i среза (/»уровню 0,707) автодинного сигнала колебательной системой, а во втором -была существенно выше (Яе»ЯГ/>). В первом случае анализ показал, что в окрестности частоты S2 =»я« происходит резонансное увеличение коэффициентов передачи, причем с уменьшением параметра регенерации г эффективная ширина частотной характеристики

уменьшается, а абсолютная величина коэффициентов - растет. При А" = I величина коэффициента автодинного усиления не зависит от частоты Г2 , тогда как коэффициент автодетектирования имеет частотную характеристику нерегенерированного колебательного контура. Во втором сдучае характер частотных зависимостей определяется не только параметром г , но и величиной Л . Результаты вычислений не ЭВМ показали, что при малых значениях параметра на графиках [28,10] у частотных зависимостей упомянутых коэффициентов явно выражены характерные асимметрия квазирезонансного пика и наличие провала в области частот ниже . Результаты расчетов качественно подтверждены экспериментальными данными, подученными на эвтодине с диодом Ганне 8-мм диапазона [28,65].

Из проведенных исследований следует, что цепь автосмещения второго порядке благодаря явлению регенерации позволяет производить выделение автодинного сигнала а цепи питания генератора, имеющего высокую добротность автоколебательной системы, даже при высоких значениях частоты преобразованного сигнала, когда Л *>.й/-/>

2.3.8. Особенности формирования дискриминационной характеристики автодинного измерителя линейных размеров

Наиболее высокая точность измерений и контроля линейных размеров деталей и заготовок обеспечивается при использовании фазовой чувствительности автодинного генераторе [22,25,27]. Этот метод состоит в сравнении размеров I " I, эталонного объекта с размером (■ а + д1 контролируемогообразца, где /3/ - величина отклонения размера от номинального. Регистрация этого отклонения £/ может производиться по автодинным изменениям частоты (35), амплитуды (34), автосмещения (33) или мощности'(26). Наиболее простая реализация устройстве получается при регистрации автодинного сигнала в цепи питания генератора по изменению среднего значения тока АЭ или напряжения на нем. Для данного случая в [25,27] проведен анализ дискриминационной характеристики автодинного датчика.

Особенность формирования этой характеристики обусловлено взаимной зависимостью всех параметров автоколебаний СВЧ генератора, что отражено в уравнениях (33)-(36). Анализ данных уравнений показал, что в окрестности углов 0„'(2шЬ/р) + (По 0,1,...) дискриминационная характеристика ииеет линейцуэ

и однозначную зависимость от , а режим работы генератора устойчив при любой величине отраженного излучения. С учетом этого получено выражение вида:

a.(*Q - П КАИА UI)

с 1 +

позволяющее рассчитать автодинный отклик в зависимости от &L .

Дальнейший анэлиз датчика с учетом дестабилизирующих факторов: шумов СВЧ генератора; изменений уровня отраженного излучения, коэффициентов автодинного усиления и автодетектироввния; нестабильности частоты автоколебаний позволил сформулировать основные требования к узлвм автодинного измерителя при его проектировании.

Макет автодинного датчика был собран на основе генератора 8-мм диапазона на диоде Ганна АА727А. Генератор стабилизирован внешним высокодобротным резонатором, работающим на волне Hatt , с собственной добротностью 10-10 . Оценка реальных параметров измерителя показала, что расчетные значения относительной сред-неквэдратической погрешности измерений составляют величину порядка 2-10"^ мм. Эксперименты с однотипными пластинками, вырезанными из листов стального проката, подтвердили возможность измерения их толщины с погрешностью не хуже 10"** мм.

2.4. Аптндинные устройства на полупроводниковых приборах СВЧ и их применение

Аитодиннпй генератор в составе радиотехнических систем различного назначения является многофункциональным устройством, сочетающим в себе одновременно функции передатчика, приемника, усилителя и детектора, не требуя при этом элементов взаимной разВязки. Это обусловило ого первоначальное применение в качестве миниатюрных и дешевых датчиков исполнительных устройств разового действия. Однако, конструктивная простота и высокая чувствительность автодинов на. современных полупроводниковых приборах СВЧ стимулируют все более широкое использование данных устройств в науке и технике.

Проведенные автором исследования овтодинных режимов полигармонических и одночастотных СВЧ генераторов, найденные новые технические решения, улучшающие основные характеристики автоди-

нов, и выполненные на их основе разработки радиотехнических устройств наметили пути дальнейшего совершенствования АС различного назначения. '

Ниже представлен обзор результатов деятельности .авторе в плане разработки и практического применения аэтодинов, которые непосредственно связаны с раскрытыми выше положениями и демонстрируют возможности данных устройств.

2.4.1. Регистрация (выделение) автодинного отклика

в генераторах на полупроводниковых приборах СВЧ

Одной из важнейших проблем в технике АС на полупроводниковых приборах СВЧ является проблема оптимального способа регистрации (выделения) автодинного сигнала. Из анализа результатов-работ [1,4,5,8,10,38,41] выяснено, что улучшение условий регистрации автодинного сигнала по напряжению при;его автодетектировании достигается путем увеличения сопротивления резистора в. цепи питания СВЧ генератора, выполненного на основе АЭ с ВАХ ' /V -типа. Однако, это вызывает целый ряд отрицательных явлений^ имеющих существенное значение для АС, особенно мм диапазона длин волн, использующих, например, диоды Ганна. К ним относятся: ухудшение стабильности режима автодинного генератора; усиление ав-тодинной девиации частоты генерируемых колебаний, что способствует увеличению исквжений автодинного сигнала; увеличение инерционности цепи питания. Практически все отмеченные недостатки данного способа регистрации, обусловленные реакцией ввтосмеще-ния, устранимы цутем выделения автодинного отклика по изменении среднего значения тока АЭ с ВАХ N -типа при питании его от источника напряжения или по изменению напряжения в цепи евтосмещэ-ния автодинов на основе дуального АЭ с ВАХ Э -типа при питании от источника тока [1,4,5,19,50].

Исходя из данных выводов разработаны различные варианты устройств регистрации автодинного сигнала в цепи питания. В [?з] предложено простейшее устройство, использупце^ динамическое сопротивление со стороны эмиттера транзистора. Параметры этого сопротивления таковы, что в автодиннон приемопередатчике осуществляется высокочастотная коррекция автодинных изменений пра одиоврэ-менном высокоэффективном преобразовании сигнала и в области низких доплеровских чвстот.

В [10,19,50,51] приведены варианты схем устройств регистра-

ции, принцип действия которых основан на преобразовании автодин-ных изменений тока, проходящего через.ДГ в напряжение, которое ввделяется на сопротивлении резистора небольшой величины. Благодаря наличию обратной связи через операционный усилитель,на ДГ обеспечивается практически нулевое входное сопротивление схемы регистрации, что полностью исключает реакцию цепи питания авто-динного генератора и предотвращает осцилляции в этой цепи при включении автодина [б]. Напряжение питания ДГ в этой схеме остается стабильным при смене экземпляра диода и определяется величиной опорного напряжения. Данные схемы нашли самое широкое применение в АС различного назначения: радиолокационных, измерителях параметров движения локомотива [15,33,47,63,71]; датчиках содержания воды в нефтепродуктах [23] и контроля линейных размеров деталей и заготовок [22,25,27] ; измерителях скорости автотранспорта [47,59]; системе микроволнового контроля несанкционированного появления человека и предметов на- рельсовом приплат-форменком цути станции метрополитена [54]; микроволновых системах обнаружения двигцущихся объектов охранного назначения [об]; измерительных установках для определения характеристик СВЧ генераторов по автодинному отклику [2,6,9,10,13,17,26,42].

В случае, когда в АС на ДГ обрабатывается ограниченный спектр доплеровских частот, устройство регистрации сигнала может быть выполнено в виде эквивалентного колебательного контура, образующего цепь автосмещения второго порядка [28]. Реализация такого устройства на основе КС -элементов и интегральных схем без применения громоздких катушек индуктивности описана в [Ю, 50,69] и была использована в миниатюрных бортовых датчиках скорости изделий при проведении апробаллистических испытаний.

Кок ужа отмечалось выше, при регистрации сигнала в автодинах на Л1Щ необходимы источники питания, стабилизирующие ток. В [Ю-12] приведен ряд схем, обеспечивающих в 'широких Пределах регулировку величины стабильного тока и оптимальные условия регистрации сигнале.

По сравнению с традиционными способами выделения автодинно-го сигнала в цепи питания диодных СВЧ генераторов предложенные схемы регистрации имеют, кроме отмеченных выше, ряд дополнительных достоинств, среди которых следует отмстит!.: более высокую стабильность режима а диапазоне температур; предусматривают применение источника питания с относительно невысокими требованиями к уровню пульсаций и щумов; допускают возможность выполнения

по интегральной технологии.

Следует отметить, что вопреки многочисленным усилиям по совершенствованию схемных решений устройств регистрации автодинного сигнала в цепи питания, пока Нб удёё?сй достичь "потолка" АС в энергетическом потенциале. Проигрыш, связанный с шумами в цепи литания генераторов, достигает величины в 20*40 дБ.

Для увеличения чувствительности и, соответственно, дальности действия АС предложено регистрировать в качестве полезного сигнала автодинные изменения частоты колебаний [б7], которые при движении отражающего объекта происходят с доплеровской частотой. Как показал анализ прохождения сигнала и щумэ через систему регистрации автодинных изменений частоты [19], содержащую последовательно.соединенные автодинный генератор, автодинный преобразователь частоты [б5], усилитель сигналов промежуточной частоты, частотный дискриминатор и фильтр нижних частот, выигрыш в отношении сигнгл/щум по сравнению с традиционными способами регистрации сигнала определяется как за счет нёизохронно-сти генератора, т.е. автодинные изменения емплитудн колебаний добавляют амплитуду автодинным изменениям частоты, тек и за счет фильтрации и подавления щумов частотной модуляцией. За счет неизохронности генераторов выигрыш может достигать порядке единиц раз, а благодаря частотной модуляции в АС достигается подавление низкочастотных составляющих фликкер-щумов, сосредоточенных вблизи несущей. Поэтому соотношение сигнал/щум в области допле-ровских частот существенно улучшается. Так, по экспериментальным данным, в зависимости от типа применяемого генератора, выигрыш в потенциале составляет 20+30 дБ. Дальнейшее совершенствование предложенного устройстве [б?] в плане его упрощения свя~ зено с использованием асинхронного двухчастотного генератора на диоде Ганнэ [52,72] .

1

2.4.2. Автодинные устройства и системы с непрерывным излучением

При использовании автодинных генераторов не полупроводниковых приборах СВЧ, особенно диапазона мм длин йолн, в редиотехш»-ческих системех с непрерывным излучением необходимо в устройствах обработки учитывать наличие искажений формы евтодинных сигналов. Эти искажения состоят в том, что крутизна нарастают и спада мгновенных значений сигнала различна, причем при изменении

направления движения отражающего объекта меняется и порядок следования его пологих и крутых участков. Поэтому автодинные СБРЛ, благодаря обогащению спектра сигнала, обеспечивают возможность не только измерения известными методами доплеровской локации скорости, пройденного пути и ускорения отражающих объектов, но и определение направления их относительного движения [22,36-38, 42].

Однако, данный метод обладает недостаточной надежностью при определении направления движения распределенных отражающих объектов, поскольку форма автодинного сигнала в этом случае существенно усложняется. Усложнение формы происходит не только за счет флуктуаций уровня отраженного сигнала, как у систем го-модинного типа, но также вследствие комбинационного взаимодействия между собой всех спектральных компонентов сигнала, обусловленного автодинными изменениями частоты генерации [^7,14,5з]. Денное явление дополнительного кжажения сигнала, обусловленное нелинейностью АС, снижает точность измерения скорости, если не принять соответствующие меры по оптимальной обработке сигнала или уменьшению величины автодинной девиации частоты, например, с помощью высокодобротного резонатора или введения обратной связи по частоте [20,41,55]. Последняя мера, вследствие уменьшения величины автодинной девиации частоты, ведет к улучшению спектра автодинного сигнала, расширению динамического диапазона устройства (на 20+30 дБ), а также снижению уровня АМ-.и ЧМ-шума на 3+10 дБ. При этом, однако, определение направления движения известным методом затруднено, поскольку искажения отсутствуют.

Компромиссное решение состоит d использовании пвтодинп, у которого генераторная камера свялпня через диафрагму с детекторной секциой ['/о]. В этом случае сигналы, выделяемые и цепях питания и детектора, регистрирующего аптодинныо изменения амплитуды колебаний генератора, имеют относительные фазовые сдвиги, обусловленные зависимостью автодинных откликов но только от амплитуды, но и частоты колебаний генератора (см.формулы (33)--(36)). Эти фазовые сдвиги обеспечивают относительное пространственное смещение сигналов на величину &L » ЬУ^/чИ , где ¿У -« V» " V< - разность фаз между регистрируемыми сигналами; Я -длина волны. Это позволяет независимо от амплитуды и флуктуаций отраженного излучения довольно надежно определять направление движения с помощью фазового компаратора, который фиксирует лишь знак разности фбз дф . Аналогичные возможности, как уже отме-

чалось выше, обеспечивают бигармонические автодины, у которых регистрация сигнала производится как в цепи питания генератора, так и с помощью внешнего детектора, подключенного к одному из его СВЧ выходов. .

Задача определения направления движения отражающего объекта при одновременном измерении его скорости, пройденного пути и ускорения решается также с помощью двухдиодного автодина, представляющего собой автогенератор с включенными в общий волновод-ный резонатор генераторными диодами [l5,63,7lj. Фазовый сдвиг +90° регистрируемых в цепях питания диодов автодинных сигналов достигается установкой их в волноводе на расстояние, выбираемое из условия , где п - натуральное число. В данной АС

генераторные диоды работают в режиме взаимной синхронизации колебаний, благодаря чему более чем на порядок уменьшается авто-диннея девиация частоты и обеспечивается значительно лучшее качество автодинного сигнала, чем у однодиодного эвтодина. При изменении направления движения разность фвз ечтодинных сигналов меняется на 180°, что используется для надежного определения знака радиальной скорости.

На базе двухдиодного автодина разработаны два варианта радиолокационного измерителя параметров движения, предназначенного для определения скорости железнодорожного локомотива в интервале 0,1 - 200 км/ч, пройденного пути и ускорения, а такяе направления его движения в составе системы автоматизированного управления торможением поезда [l5,63,7l]. Автодин для первого варианта измерителя выполнен на двух диодах Ганна типа АА727А, потенциал АС - 90 дБ, рабочий диапазон температур +50°С. Для настройки автодина создан электромеханический имитатор, позволяющий контролировать комплекс параметров движения за каждая оборот отражателя [бз]. Автодин для второго варианта измерителя выполнен на слаботочных диодах Генна, применение которых на порядок снизило энергопотребление системы [24,47,5l]. Кроме того, для'последнего варианта была разработана антенна вытекающей волны, позволившая значительно улучшить качество автодинного сигнала и повысить точность измерения скорости и надежность устройства по сравнению с существующими отечественными аналогами измерителей, использующих традиционные (рупорные, линзовые,1 параболические) антенны. Блок обработки ввтодинных сигналов и выдачи информации создан на основе микропроцессора I82IBM85A. ,

Третий вариант измерителя с корреляционной обработкой сиг-

НйЛОР выполнен на базе двух генераторно-излучрющих модулей со елеботочными диодами Ганна [33,51]. Модули разнесены на расстояние 100 мм. Ввделение и обработка автодинных сигналов генераторов производится в блоке, находящемся в кабине локомотиве. Многоканальная корреляционная обработка сигналов, выполненная не однокристалльной ЭВМ, позволила в реальном времени обеспечить дценну составлявших скорости локомотива. 'Информация о моменте трогвния локомотива, направлении двивдния, е также скорости и пройденном пути поступает далее 8 систему евтоматизиро-венного управления торможением поезда,

В плане вмбера АЭ, обеспечивающего наилучшие характеристики для АС, как ужо отмечалось, наиболее предпочтительными является ДИОды Ганнв. Однако, недостатками выпускавшихся ранее се-риРных диодов являются их низкий к.п.д. и неоправданно большая ДЛЯ АС величина потребляемой от источнике мощности из-за ее рассеяния на резисторе в цепи питвния. Предложенные в [б9,73] схемные решения блока регистрации евтодинного сигнала позволили еущветренно повысить коэффициент использования источника и стабильность режима автодина. Кроме того, выполненные с участием автора исследования влияния величины потребляемого ДГ тока на характеристики ввтодинов стимулировали создание слаботочного диода [24,47] , получившего наименование АА768, который нашел широкое применение не только в автодинных СБРЛ с автономным питанием, но и влдругих системах, например, в измерителе скорости вегонов для третьей тормозной позиции сортиропочных горок [21З. Аптодинный генератор отого радиолокатора стабилизирован высокодобротным резонатором с розистивной связью. Такая связь гарантирует отсутствие скачков частоты генерации в диапазоне температур ±и)°С и высокое, качество оптодинного сигнала. Результаты натурных испытаний но сортировочной горке покопали, что по техническим характеристикам он не уступает серийному скоростемеру РИС-В2.

Конструктивная простота и низкая стоимость СВЧ модуля АС обеспечивают по срапнению с гомодинными системами преимущества не только в объемном [з,Ь1,У7], но и в интегральном исполнении [10,24,47,51,50], к настоящему времени авкончоня разработка и выпущена опытная партия автодинных модулой 8-мм диапазона длин волн на основе специально созданных слаботочных ДГ для пленарного монтажа [24,47] , Потребляемый ток составляет величину но более 60 мА при рабочем напряжении менее 4 В. Выходная мощность

излучения не более I мВт; к.п.д. порядке 4%, а энергетический потенциал не менее 60 дБ (типовые значения 80*90 дБ). Размеры модуля 15x15x6 мм^, вес 3,5 Г. К серийному производству подготовлен также интегральный модуль 8-мм диапезона, обладающий более широкими функциональными возможностями благодаря предусмотренной в нем ЧМ [¡Зб]. Результаты проведенных исследований модулей показали несомненную перспективность использования данных автодинов в малогабаритных и экономичных радиолокационных летчиках для автомобильного и железнодорожного транспорта, промышленности, в системах локальной связи и измерительной технике.

2.4.3. Автодинные системы с различными видами модуляции

АС с непрерывным режимом немодулированного излучения, как и системы с гомодинным построением приемо-передатчикэ, не обеспечивают селекции цели по дальности, что снижает их помехоустойчивость. Более широкими функциональными возможностями и лучшими характеристиками обладеют АС с различными видами модуляций излучения, из которых наиболее распространенными являются частотная (ЧМ) и импульсная (ИМ) [зв].

При ЧМ евтодинного генераторе полезному сигнелу неизбежно сопутствует паразитная амплитудная модуляция (ПАМ) значительного уровня, полностью избавиться от которой весьма сложуо. Этим эффектом резко ограничивается редиус действия АС при определении расстояния до неподвижных объектов. В случве движущегося объекта полезный сигнал отстоит от гармоники модуляции на частоту Доплера, что значительно облегчает его выделение, и нвкла-дывеет меньше ограничений на уровень ПАМ.

Примером практической реализации методе с ЧМ является АС, описенная в [юЗ, которая предназначена для обнаружения неподвижного препятствия нэ дальности около 100 м с движущегося транспортного средства. Принцип действия денной СБРЛ, еютол-ненной на генераторе с ЛЦЦ 8-мм диапазона, основан на фазовом двухчастотном методе измерения расстояния до дви^^ущегося объекта. В отличие от известных систем, у предложенной АС пертод манипуляции частотой генерации в несколько реэ больше периода евтодинного сигнеле. Это внзвено компромиссом между сравнительно большой дельностью до объекта и малым периодом евтодинного сигнале при высоких скоростях движения. Поэтоцу измерение разности фаз евтодинных сигналов, соответствующих переключаемый нг-

сущим, осуществляется временным способом с запоминанием величины предыдущего значения фазы и сравнением его с последующим. При определенной разности фаз сигналов схема обработки формирует сигнал команды обнаружения отражающего объекта на заданной дальности.

Для бесконтактного обнаружения 1фупногабаритных объектов (автомобилей, групп людей и животных и пр.), находящихся в опасной зоне неохраняемых железнодорожных переездов и угрожающих движению поездов, разработан ввтодинный датчик, в котором используется принцип радиолокации с ЧМ при непрерывном излучении. Генераторная камера автодина для осуществления ЧМ по требуемому закону дополнена варекторной секцией. Поскольку спектр сигнала, выделенного в цепи питания генератора, зависит от расстояния до отражающей поверхности и ее характера, то сравнение спектре сигнале при отсутствии посторонних объектов в поле излучения датчика со спектром сигнала при наличии этих объектов позволило решить указанную задечу.

Режим работы автодинного генератора с ЧМ использован также в разработанном образце системы связи мм диапазона [43,62]. Передаваемые сигналы в цифровой форме через модулятор воздействуют на частоту колебаний евтодинного генератора, которые через антенну излучеются в нвправлении линии радиосвязи. Принимаемые сигналы, благодаря автодинному эффекту, выделяются в цепи питания генераторе [б5], усиливаются, демодулируются и поступают через согласующее устройство в коаксиальную или оптоволоконную линию связи с конечным потребителем.

Для решения широкого круга задач ближней радиолокации наиболее предпочтительным является режим ИМ автодинп, который позволяет по сравнению с непрерывным режимом на несколько порядков снизить энергопотребление АС. Здесь в зависимости от условий формирования излучаемых радиоимпульсов и приема отраженного излучения, е также способа обработки полезного сигнала, можно выделить три основных режима работы пвтодина: квапинепрерывный, сверхрегенеративный и когерентно-имиульсный.

Квезинепрсрывный режим автодиня с ИМ осуществляется при условии, когда время Г распространения электромагнитной волны до| отражающего объекта и обратно меньше длительности генерируемого радиоимпульса t» . В этом случае отраженное излучение, когерентное генерируемому внутри каждого радиоимпульса, вызывает в со^-

ответствии с (33)-(35) изменение амплитуды и частоты автоколебаний, а также автосмещения через время после начала формирования радиоимпульса. При условии >£о излучаемый и отраженный радиоимпульсы не перекрываются, и автодинный сигнал отсутствует. Это позволяет формировать дальнюю границу зоны обнаружения по расстоянию. Формирование ближней границы можно осуществить посредством временного стробировэния сигналов схемой выборки-хранения и их последующего вычитания дифференциальным усилителем [бб] или с применением ЧМ. Автодины, использупцие данный режим, перспективны, например, в системах предотвращения наезда на препятствие в автомобильном транспорте, датчиках границы раздела сред, радиолокационных измерителях скорости вагонов на сортировочной горке, датчиках предотвращения столкновений подъемных кранов, радиоволновых охранных нзвещателях и других устройствах [21,32,34,38,47,48,64]. Так, использование свойства селекции цели автодином с ИМ в горочных системах обеспечивает,, наряду с повышением помехозащищенности измерителя по отношению к отраженным сигналам от движущихся по соседним или дальним путям вагонов, возможность определять момент входа отцепа на тормозную позицию без применения путевых датчиков, текущее значение пройденного отпепом пути и его длину, а также раздельное измерение скорости вагонов, следующих друг 38 другом [21, 34,48].

Комбинация квазинепрерывного режима ИМ и ЧМ использована при создании бортового автодинного датчика, предназначенного для измерения параметров движения (высоты и скорости снижения) грузовой платформы парашютной системы [45,61] . Измерение скорости производится по частоте Доплера, а определение высоты - по разности фаз сигналов доплеровской частоты, подученных на двух близких частотах излучения автодинного генератора на ДГ 8-мм диапазона. Для уменьшения потребляемой датчиком мощности, а также исключения неоднозначности измерения высоты используется ИМ по цепи питания автодинного генератора.

Оба вида модуляции использованы также в разработанном эвто-динном датчике на ДГ для обнаружения занятости заградительного устройства транспортными средствами на неохраняемом автоматизированном железнодорожном переезде. Комбинация ЧМ излучения с ИМ и спектральной обработки сигнала с временной позволила сформировать зоцу обнаружения с четкими границами, что вежно для уменьшения ложных срабатываний системы.

Сверхрегенеративный режим ИМ автодина имоет место при воздействии на автогенератор некогерентного электромагнитного излучения (отраженного от объекта) в момент формирования радиоимпульсов, При этом изменение скорости регенеративного нервстания переднего фронта радиоимпульса в зависимости от уровня и временного положения отраженного сигнала вызывает, вследствие также автодетекторного эффекта ЛЭ, изменение площади видеоимпульса, регистрируемого в цепи питания генератора. Анализ сигнала, полученного в результате преобразования изменений ширины видеоимпульсов в напряжение, дает информацию о наличии (или отсутствии) отражающих объектов в заданной зоне обнаружения. Ширина зоны обнаружения по дальности определяется длительностью -10 излучаемых радиоимпульсов; => c^o/2 » а расстояние /?« до нее -периодом % повторения: /?0 * с(тп-^/¿)/2 , где С - скорость распространения радиоволн. На основе данного принципа разработан датчик 8-мм диапазона длин волн,предназначенный для выдачи команды обнаружения, при появлении на заданном расстоянии до 100 м в зоне шириной 5 м по дальности препятствия на пути движения транспортного средства [38,60]. Конструктивно датчик выполнен в цилиндрическом стакане диаметром 100 и длиной 50 мм. Узел СВЧ состоит из зеркальной антенны с параболическим рефлектором и генератора на ЛЦЦ. Модулятор, синхронизатор, устройство обработки сигнала, 8 также источник питания выполнены на четырех интегральных схемах и размещены на одной печатной плате диаметром 92 мм. Энергетический потенциал датчика составляет величину порядке 70+80 дБ, потребляемая от источника питания с напряжением 16 В мощность - не более 2 Вт, а масса - менее 0,2 кг. Ширине диаграммы направленности по уровню половинной мощности -6,5 град.

Отметим, что аналогичный датчик, выполненный на ДГ типа АА728В,обеспечил потенциал почти не две порядка выше, чем на ЛСД. Выигрыш объясняется значительно меньшим уровнем щумр и, соответственно, флуктуаций ("джиттеря") переднего фронта радиоимпульсов у генераторов на ДГ.

В отличие от сверхрегенеративного когерентно-импульсный режим автодина позволяет осуществить доплеровсцую селекцию цели и измерение скорости движения отражающих объектов [21, Зб] . Ко-, герентность излучения может достигаться несколькими способами, например, благодаря резкому (ударному) возбуждению формирую-

щихся в диодах Ганна первого домена сильного поля или лавины в ЛЦЦ, модуляции генератора по цепи питания высокочастотной последовательностью импульсов, при которой колебания в резонаторе генератора не успевают полностью затухнуть к моменту подвчи последующего импульса, или внешней синхронизации от генератора непрерывного издучения. Применение когерентно-импульсного режима, в автодинах позволит создать совершенно новые типы АС, облада-0дих чувствительностью не 3<уже систем непрерывного излучения и наиболее широкими функциональными возможностями. ;

2.5. Заключение

Выводы и основные результаты работы состоят в следующем.

1. Предложена обобщенная структурная схема АС с многомер*-ными связями между ее элементами.

2. На основе модели параметрически взаимосинхронизирован-ных через общий АЭ произвольного числа одноконтурных парциальных генераторов получены дифференциальные уравнения для анализа автоколебаний полигармонического автодинного генератора, взаимодействующего с отраженным от объекта излучением на каждой гармонике. Запаздывающее воздействие отраженного сигнала в подученной системе укороченных уравнений для амплитуд, фаз и автосмещения сведено к учету мгновенных коэффициентов отражения парциальных нагрузок.

Для случая произвольной величины времени запаздывания подучены упрощенные выражения для мгновенных коэффициентов отражения, позволяющие рассмотреть динамику автодинного генератора с учетом одновременных изменений амплитуд и фаз отраженного излучения на каждой гармонике. При этом показано, что в диапазонах см и мм длин волн достаточно учитывать при анализе только первые члены разложений в ряд функций запаздывающего воздействия по малому параметру величины времени запаздывания. Рассмотренный метод позволил в описании полигермонического автодина перейти от дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом к дифференциальным, все члены которых определены в один и тот те момент времени. Это существенно упростило последующий анализ.

3. Подучены соотношения для изучения автодинного эффекта

в полигврмонических генераторах, описывающие спектр автодинного отклика и автодинные изменения автосмещения, амплитуд парцивль-

ных генераторов и частоты колебаний при перемещении отражающего объекта. Эти соотношения, обобщающие результаты исследований бигармонических и одночастотных автодинов, позволили выявить целый ряд новых свойств и особенностей автоколебаний денных устройств. Основные из них следующие:

- перенос евтодинного сигнала с одной несущей на другую и в цепь питания генератора;

- возможность раздельного или одновременного функционирования евтодина не различных несущих частотах;

- получение однонаправленной передачи автодинного отклика на отдельные несущие гармоники тех парциальных генераторов, у которых обеспечивается высокоэффективное детектирование сигнала;

- стабилизация частоты автоколебаний парциальных генераторов вследствие их взаимной синхронизации.

При описании дпгчых свойств потребовалось введение новых параметров автодинных устройств, определяющих особенности их автоколебений при полигармонической генерации. К ним относятся коэффициенты: усиления каждого парциального генератора; перенося сигнала с одной гармоники но другую; евтодетектирования в цепи питания; стабилизации честоты, обусловленной синхронным режимом автоколебений.

4. Не основе предстевления полигормоничегкого автодинного генератора системой с переменными параметрами проведен анализ его шумовых характеристик. Получены основные пырежения для вычислений коэффициента щума и энергетического потенциала АС и оптимизации ее режима.

¡j. Ил подученных результатов анализа и пшвленных при этом особенностей автоколебаний следует, что полиггрмоничоскис автодины, в сущности, являются многочпетотнмми радиолокаторами, в которых возможно использование многоканального методп построения СБИЛ. Данный метод по сравнению с одноклнгльным позволяет: увеличить суммарную мощность излучения и тгм с ямым обеспечить большую дельность обнаружения отрпжпкицих ибъогтов, повысить информативность системы и надежность ее работы, помехоустойчивость и помехозащищенность СБРЛ от организованных и естественных помех, в также повысить стабильность частоты и реальную Чувствительность АС, улучшить спектральный состав автодинных сигналов и условия их обработки, расширить частотный диапазон несущих и обеспечить более широкие возможност» в реализации новых способов обнаружения и идентификации отрптпющих объектов.

6. На основе развитой общей модели полигармонических авто-динов впервые проведено теоретическое и экспериментальное исследования автодинного эффекта в двухчастотных автогенераторах на полупроводниковых СВЧ диодах с кратным соотношением частот парциальных генераторов. При этом получены следующие основные результаты:

а) найдены аналитические соотношения, описывающие динамику евтодинных изменений амплитуд колебаний и обобщенной разности фаз парциальных генераторов, автосмещения и частоты бигар-монического генератора, взаимодействующего с отраженным излучением как на отдельных гармониках, так и при одновременном воздействии на обеих гармониках;

б) показано, что стабилизация частоты автоколебаний вследствие взаимной синхронизации парциальных генераторов позволяет уменьшить степень искажений автодинного сигнала. Кроме того, дополнительная стабилизация частоты одного.из парциальных генераторов внешним высокодобротным резонатором не только улучшает спектральный состав автодинного сигнала, но и при определенных условиях, в отличие от аналогичной стабилизации одночастотного автодина, практически не ухудшает динамических свойств бигермо-нического автодина в том сдучае, когда с отраженным излучением взаимодействует нестабилизируемый парциальный генератор;

в) установлено, что автодинные изменения частот и амплитуд автоколебаний парциальных генераторов гармоник, а также отклик в цепи питания полупроводникового бигармонического эвтодино имеют относительные фазовые смещения, зависящие от параметров автоколебательной системы и выбранного режиме работы. При этом коэффициенты усиления, переноса и евтодетектирования евтодинных сигналов определяются не только изменениями инкрементов парциальных генераторов, но и изменением обобщенной разности фаз, причем в зависимости от режима и параметров автоколебаний системы тот или иной фактор может преввлироветь;

• г) установлено, что чувствительность бигармонического автодина по сравнению с одночестотным не одном и том же активном элементе может быть увеличена зе счет излучения большей мощности перциельным генератором, взаимодействующим с отражающим объектом (он может работать вдали от точки бифуркации), я улучшения условий регистрации автодинного отклика другим парциальным генератором, который используется в режиме, близком к поро-

гу генерации. Экспериментально подучен выигрыш в величине энергетического потенциала 10*15 дБ;

д) изучены особенности зависимостей коэффициентов усиления, переноса и автодетектирования от частоты автодинного сигнала с учетом инерпионностей изменений генерируемых амплитуд парциальных генераторов и автосмещения, а также показанв связь условий устойчивости автоколебаний с условиями получения резонанса релаксационных колебаний;

е) показано, что при взаимодействии бигармонического генератора со слвбым отраженным излучением одновременно на двух гармониквх автодинный отклик имеет более сложную форму, чем в случэе одноч8стотного автодина;

ж) разработан и создан экспериментальный стенд для проведения испытаний двухчастотных автодинных СБРЛ и изучения параметров и автодинных характеристик бигармонических СВЧ генераторов.

7. На основании полученных соотношений .для анализа автодинного эффекте в. полигармонических генераторах, конкретизированных на случай одночестотного неизохронного автодина, проведено рассмотрение целого круга вопросов, позволивших определить перспективы дальнейшего совершенствования одночестотных автодинов см и мм длин волн на полупроводниковых диодах. Основные результаты этих исследований сводятся к следующим:

в) амплитудные значения автодинных изменений автосмещения, амплитуды и частоты автоколебаний, а также относительные углы фазового смещения этих изменений в динамическом режиме сложным образом зависят от частоты аитодинного сигнала;

б) величина автодинной девиации частоты ноизохронного генератора, в отличие от изохронного, зависит не только от его внутренних параметров и уровня отраженного излучения, но и от величины и знака радиальной скорости отражающего объекта. Анализ автодинного сигнала с учетом данного явления для точечного отражающего объекте при постоянном коэффициенте отражения показал, что в зависимости от величины и знака относительной рядиальной скорости объекта изменяются не только фазовые углы высших гармонических составляющих спектра автодинного отклика, но и их амплитудные значения, т.е. квазистатичсская модель представления автодинного отклика а случае неизохронного генерлторп с увеличением скорости отражающего объекта теряет точность количественного описания автодинного отклика и справедлива и более широком

диапазоне скоростей только для изохронного генератора;

в) учет частотного детектирования при анализе одночастотно-го автодина в квазистатическом режиме позволил рассмотреть более общие свойства и закономерности автодинных сигналов СВЧ-ге-нераторов на различных типах АЭ. К этим свойствам относятся зависимости формы и амплитуды откликов, разностей фаз между ними,

8 также энергетического потенциала системы от режима колебаний генератора, выбора рабочей точки и наличия явления частотного детектирования;

г) создан универсальный стенд для изучения характеристик доплеровских СБРЛ и экспериментальных исследований автодинных СВЧ генераторов. Предусмотрена регистрация автодинных откликов при изменении расстояния до отражателя-имитатора, скорости его перемещения, направления движения, уровня отраженного сигнала и других факторов. Разработан электромеханический имитатор, позволяющий исследовать динамический режим работы автодинов до скоростей движения 220 м/с, а также свойстве автодинного сигнала при смене знака радиальной скорости движения объекта в течение каждого оборота отражателя;

д) экспериментальные исследования полупроводниковых автодинов мм диапазона при сильных отраженных сигналах показали, что автодинный отклик сохраняет свою периодичность с доплеровской частотой. При обработке сигналов в таком случае необходимо учитывать искажения их формы и скачкообразный характер;

е) при воздействии на автодин излучения, отраженного от распределенного объекта, спектр автодинного отклика не представляет собой суперпозицию монохроматических составляющих сигналов от каждого парциального отражателя, как у систем гомодинного типе, а является более сложным. Это обусловлено взаимодействием между собой всех спектральных компонент вследствие частотной модуляции автоколебаний. Малосигнвльный анализ, проведенный с учетом малых изменений частоты, позволил выявить важное свойство автодинных систем - их существенную нелинейность по отношению деже к слабым отраженным сигналам. Экспериментальное исследование и численное моделирование на ЭВМ простейшего случая наличия двух отражателей в зоне действия автодинной СБРЛ подтвердила результаты теоретического анализа;

ж) проведено изучение переходных процессов установления автодинного отклика, имещее особое значение для-АС с импульсной модуляцией, а также при определении времени готовности я ррботе

евтодинов;

з) выполнены исследования особенностей формирования частотных зависимостей коэффициентов усиления и автодетектировэния у автодина с цепью автосмещения второго порядке,'которые представляют интерес при выборе схемы регистрации автодинного отклика в цепи питания генератора;

и) проанел(1эировены особенности формирования дискриминационной характеристики автодинного измерителя линейных размеров деталей и заготовок, использующего фазовую чувствительность АС. Выполненный анализ с учетом щумов СВЧ генератора, возможных изменений уровня отраженного издучения, коэффициентов автодинного усиления и евтодетектирования, нестабильности частоты автоколебаний позволил сформулировать основные требования к узлам автодинного измерителя и оценить среднеквадратическую погрешность • измерений с учетом реальных параметров СВЧ генераторов.

8. Проведение исследования автодинных.режимов полигармонических и одночестотных СВЧ генераторов, найденные новые технические решения, улучшающие основные характеристики ввтодинов, и выполненные на их основе разработки радиотехнических устройств указали пути дальнейшего совершенствования АС различного назначения. Основные итоги этой деятельности в плане расширения области применения евтодинов следующие:

а) разработан ряд схемных решений устройств регистрации (выделения) автодинного отклика и конструкций автодинных приемопередатчиков на полупроводниковых СВЧ диодах, позволивших улучшить основные показатели АС и расширить их функциональные возможности;

б) разработаны и освоены опытным производством микрополос-ковые евтодинные модули на основе слаботочных ДГ 5-мм и 8-мм диапазонов, предназначенные для широкого применения в малогабаритных и экономичных радиолокационных датчиках для автомобильного

и железнодорожного транспорта, промышленности, в системах локальной связи и измерительной технике;

в) создан ряд радиоволновых датчиков и измерителей, а также СБРЛ на основе автодинных генераторов мм диапазона, демонстрирующих преимущества Данного принципа построения СВЧ узла перед гомодииным. Некоторые оригинальные технические решения защищены авторскими свидетельствами на изобретения.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях

1. Носков В.Я., Туманов Б.Н. Исследование цепей питания ав-тодинов на полупроводниковых СВЧ генераторах // Сб. "Радиофизика

и исследование свойств вещества". - Омск: ОмГПИ. - 1981. - С.76-69.

2. Туманов Б.Н., Носков В.Я. Исследование автодинных режимов генераторов СВЧ на полупроводниковых приборах с учетом высших гармоник // Системы и устройства радиотехники, автоматики и автоматизированного проектирования. Тезисы докл. республиканской научн.-техн.конф. - Свердловск. - 1982. - C.II0-III.

3. Бузыкин В.Т., Закарлюк Н.М., Носков В.Я., Туманов Б.Н. Автодинный модуль 8-мм диапазона для систем ближней радиолокации с коммутацией частоты // 1У Всесоюзный симпозиум по миллиметровым и субмиллиметровым волнам. Тезисы докл. Т.2. - Горький. -i960. - С.144-145. • '

4. Носков В.Я., Туманов Б.Н. Полигармонический анализ автодинных систем СВЧ Ц Сб. "Радиофизика и исследование свойств вещества". - Омск: ОмГПИ. - 1982. - С.93-104.

5. Носков В.Я., Туманов Б.Н. Щумовые характеристики автодинных систем СВЧ при полигармонической генерации П Сб. "Радиофизика и исследование свойств вещества". - Омск: ОмГПИ. - IS82. -C.I05-II5.

6. Гершензон K.M., Левит Б.И., Носков В.Я., Туманов Б.Н. Автодинный эффект в двухчастотных генераторах // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. - 1983. - № 10. - C.II-I6.

7. Носков В.Я., Туманов Б.Н. Анализ автодинного сигнала для случая распределенной цели // Сб. "Проблемы радиолокации протяженных объектов"". - Свердловск: ЛИ. - 1983. - C.I08-II2.

8. Бузыкин В.Т., Носков В.Я., Туманов Б.Н. Исследование переходных процессов в автодинах на полупроводниковых СВЧ генераторах // Сб. "Радиофизика и исследование свойств вещества"". -Омск: ОмГПИ. - 1984. - С.32-39.

9. Создание и исследование полупроводниковых автодинных систем СВЧ. Промежуточный отчет № 83-3 / Рук. Е.М.Гершензон, отв. исп. Б.Н.Туманов, № гос.регистр.8I088I74. - Москва - Н.Тагил, 1983. - 33с.

10. Носков В.Я. Исследование одночастотных и полигармониче-схих автодинов на полупроводниковых СВЧ диодах •// Автореферат

диссертации на соискание ученой степени канд. фиэ.-мат.неук. -Москва, МГПИ им. В.И.Ленина. - 1984. - 15с.

11. Многоканальный источник тока для генераторов со сложением мощностей на лавинно-пролетных диодах / В.Т.Бузыкин, В.А. Веснин, В.В.Дорогин, Н.М.Закарлюк, Ю.Л.Кресильников, В.Я.Носков, Г.Г.Стефан, Б.Н.Туманов // Приборы и технике эксперимента. -

1988. - № 2. - С.230.

12. Закерлюк Н.М., Носков В.Я. Универсальный источник тока для лввинно-пролетных диодов // Приборы и техника эксперименте.: -1985. - » I. - С.132-133.

13. Бузыкин В.Т., Носков В.Я., Туманов Б.Н. Стабилизированный бигермонический генератор на диоде Ганна // Приборы и техника эксперимента. - 1988. - № 2. - С.96-98.

14. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Особенности автодинного сигнале от енсэмбля элементерных отражетелей // Теория и техника пространственно-временной обработки сигналов.- Тезисы докл. -Свердловск. - 1989. - С.98-99.

15. Бузыкин В.Т., Веснин В.А., Красильников Ю.Л., Носков В.Я. Радиолокационный измеритель параметров движения на базе двухди-одного евтодина П Радиолокационные методы в научных исследованиях, народном хозяйстве и медицине. Тезисы докл. - Каменск-Уральский. - 1989. - С. 97-99.

16. Бузыкин В.Т., Воторопин С.Д., Клюев А.Ю., Носков В.Я. Автодины в микрополосковом исполнении // Современная технология производства СВЧ схем. Материалы семинара. - Минск: МРГИ. -г

1989. - С.71-72.

17. Бузыкин В.Т., Воторопин С.Д., Клюев А.Ю., Носков В.Я. Исследовение электронной проводимости диодов Ганна по автодин-ному эффекту // Современная технология производства СВЧ схем. Материалы семинара. - Минск: МРГИ. - 1989. - С.73-74.

18. Создение и исследование полупроводниковых явтодинных систем СВЧ. Проме*суточный отчет № 84-7. Рук., Е.М.Гершензон, отв. исп. Б.Н.Туманов. £ гос.регистр.81088174. - Москва, - Н.Тагил. -1984. - 48с.

19. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Сравнительный анализ способов регистрации автодинного сигнала // Системы и устройстве радиолокации, связи и управления. Тезисы докл. Регион.неучн.-техн. кон$. - Свердловск: УНИ. - 1990. - С.70-71.

20. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Аптодиннпя система с обратной связью по чпстотр // Системы и устройства радиолокации, связи и

управления. Тезисы докл. Регион.научн.-техн.конф. - Свердловск: УЛИ. - 1990. - С.69-70.

21. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Перспективы развития горочной автоматики применением автодинных скоростемеров и дальномеров // Сб. "Решение оптимизационных задач в АСУ технологическими процессами сортировочной станции"" / Под ред. Л.Г.Аверьянова, Б.А. Игнатова. - М.: Транспорт. - 1990. - С.97-108.

22. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Автодины на полупроводниковых СВЧ генераторах и их применение в системах автоматизации технологических процессов // Применение СВЧ энергии в технологических процессах и научных исследованиях. Тезисы докл. научно-пректич. конф. - Саратов. - 1991. - С.88-89.

23. Бузыкин В.Т., Закарлюк U.M., Красилыиков ЮЛ., Носков В.Я. Автодинный датчик содержания воды в нефтепродуктах //' Применение СВЧ энергии в технологических процессах и научных исследованиях. Тезисы докл. научно-првктич.конф. - Саратов. -1991. - С.89-90.

24. Бузыкин В.Т., Воторопин С.Д., Носков З.Я. Автодины миллиметрового диапазона на слаботочных диодах Ганна // Малощумя-щие генераторы СВЧ. Состояние разработок и перспективы применения в метрологии. Тезисы докл. Всесоюзного совещания. - Иркутск: ПИИФТРИ. - 1991. - С.44-45.

25. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Влияние щумовых параметров СВЧ генератора на точность измерения линейных размеров автодин-ным датчиком // Малошумящие генераторы СВЧ. Состояние разработок и перспективы применения в метрологии. Тезисы докл. Всесоюзного совещания. - Иркутск: НИИФТРИ. - 1991. - С.42-43.

26. Бузыкин В.Т., Веснин В.А., Носков В.Я. Генератор на Л1Щ со сложением мощностей для метрологической РЛС // Мвлощумящие генераторы СВЧ. Состояние разработок и перспективы применения в метрологии. Тезисы докл. Всесоюзного совещания. - Иркутск: НИИФТРИ. - 1991. - С. 46.

27. Носков В.Я. Анвлиз автодинного СВЧ датчика для бесконтактного измерения и контроля размеров изделий /) Измерительная техника. - 1992. - № 3. - С.24-26.

28. Носков В.Я. Анализ автодинного генератора с цепью автосмещения второго порядке // Электронная техника. Сер. СВЧ техника. - 1992. № I (445). - C.8-I0.

29. Носков В.Я. Исследование особенностей автоколебаний

бигермонического автодина при воздействии отраженного излучения // Изв.вузов. Радиоэлектроника. -.1991. - № 10. - С.44-50.

30. Носков В.Я. Стабилизированный бигермснический автодин // Изв.вузов. Радиоэлектроника. - 1991. - № II. - C.6I-64.

31. Носков В.Я. Автодинный эффект в многбчастотных автогенераторах // Изв.вузов.Радиофизика. - 1992. - Т.35. - № 9-10. -С.778-789. ! '

32. Бузыкин В.Т., Закарлюк Н.М., Носков В.Я. Простейший радиолокационный датчик защиты подъемных кранов от столкновений / Физика и техника мм субмм радиоволн. Тезисы докл. I Украинского симпозиума. Хорьков: ИГО АН УССР. - 1991. - С.83.

33. Бузыкин В.Т., Веснин В.А., Важенин В.Г., Дядьков H.A., Калмыков A.A., Носков В.Я. Автодинный измеритель параметров движения с корреляционной обработкой сигналов / Физика и техника мм и субмм радиоволн. Тезисы докл. I Украинского симпозиума. Харьков: ИГО ЛИ УССР. - 1991. - С.82.

34. Носков В.Я. Автодинный измеритель параметров движения вагонов но сортировочной горке / Физика и техника мм и субмм радиоволн. Тезисы докл. I Украинского симпозиума. Харьков: ИГО All УССР. - 1991. - С.84.

35. Носков В.Я. Бигармонический автодин на диоде Ранне / Физика и техника мм и субмм радиоволн. Тезисы докл. I Украинского симпозиума. Харьков: ИРЭ АН УССР. - 1991. - С.103.

36. Носков В.Я. Динамические особенности автодинного отклика СВЧ генератора П Изв.вузов. Радиоэлектроника. - 1992. -№ 9-10. - С.9-16.

ЗУ. Носков В.Я. Анплиз проблем использования автодинов в рлдиояолноаых датчиках контроля технологических процессов // Радиотехнические системы миллиметрового и субмиллиметропого диапазонов. Сб.научных трудов. Хорьков: ИГО АН Украины. - 1991. -С.48-56.

38. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Антодины. Области применения и перспективы разлития // Радиотехнические системы миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Сб.научных трудоп. Хорьков: ИГО АН Украины. - 1У91. - С.38-47.

39. Носков В.Я. Анализ бигермонического аптодина с резис-тивным иктишшм элементом // Сб. "Радиофизика и исслодопанио свойств вещества". - Омск: ОмГНУ. - 1994. - С.79-91.

40. Носков В.Я. Анализ пмплитудно-частотных характеристик И устойчивости бигермонического овтодине // Сб'. "Радиофизика И

исследование свойств вещества". - Омск:. ОмГПУ. - 1994. - С.92-100.

■ 41. Носков В.Я. Анализ автодинного эффекта в СВЧ генераторах с цепью автосмещения первого порядка Ц Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. - 1992. - № 6. - С.24-30.

42. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Исследование автодинных характеристик СВЧ генераторов на полупроводниковых диодах // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. - 1992. - № 7. - С.9-14.

43.-Носков В.Я. Автодйннея система связи миллиметрового диапазона длин волн // Радиотехнические системы (навигации, связи), средства измерения и новые информационные технологии. Тезисы докл. научн.-техн.конф. - Красноярск: КрШ. - 1992. -4.2. - С.52-53.

44. Носков В.Я. Особенности сигнала бигармонического ав- 1 тодина // Радиотехнические системы (навигации, связи), средства измерения и новые информационные технологии. Тезисы докл. научн.-техн.конф. - Красноярск: КрШ. - 1992.' - 4.2. - С.53-56.

45. Носков В.Я. Радиолокационный датчик для автономной системы управления грузовым парашютом // Радиотехнические системы (навигации, связи), средства измерения и новые информационные технологии. Тезисы докл. научн.-техн.конф. - Красноярск: КрШ. - 1992. - 4.2. - С. 56-57.

46. Носков В.Я. Частотная дисперсия автодинного сигнала в генераторах миллиметрового диапазона на диодах Ганна // Материалы 2-ой Крымской конференции "СВЧ-техникв и спутниковый прием". - Севастополь. - 1992. - С.316-321.

47. Носков В.Я., Веснин В.А., Воторопин С.Д., Кресильни-ков Ю.Л., Автодинные СВЧ-датчики для бесконтактных измерений

и контроля // Материалы 2-ой Крымской конференции "СВЧ-техника и спутниковый прием". - Севастополь. - 1992. - С.159-164.

48. Носков В.Я.' Автодинный измеритель параметров движения отцепов на сортировочной горке Ц Применение радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Сб.научных трудов.-Харьков: ИРЭ АН Украины. - 1992. - С.66-74.

49. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Автодинный отклик при сильном отраженном сигнале // Применение радиоволн миллиметрового я субмиллиметрового диапазонов. Сб.научных трудез. - Харьков: ИРЭ АН Украины. - 1992. - С.52-56.

50. Носков В.Я. Регистрация автодинного сигнала в цепи питания СВЧ генераторов на полупроводниковых диодах // В сб. "Радиопромышленность". - 1993. - 5-6. - С. 23-32.

Ы. Воторопин С.Д., Носков В.Я. Приемопередающие модули на слаботочных диодах Ганна для автодинных систем // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. - 1993. - № 4 (458). - С.70-72.

52..Носков В.Я. Автодинный радиолокатор на основе двухча-стотного СВЧ генератора // Материалы 3-ей Крымской конференции "СВЧ-техника и спутниковый,прием". - Севастополь. - 1993. - Т.4. -С.453-456.

53. Носков В.Я., Бузыкин В.Т. Особенности спектра евтодин-ного сигнала СВЧ-генератора в случае распределенного отражающего объекта // Материалы 3-ей Крымской конференции "СВЧ-техника

и спутниковый прием". - Севастополь. - 1993. -- Т.4. - С.457-462.

54. Носков В.Я., Аникин A.B., Веснин. В.Л., Зайцев В.П., Заклрлюк U.M., Красильников Ю.Л. Система микроволнового контроля несанкционированного появления человека и предметов на роль-совом приилатформснном лути станции метрополитена // Материалы 3-ей Крымской конференции "СВЧ-техника и спутниковый прием". -Севастополь. - 1993. - Т.4. - С.404-406.

55. Носков В.Я. Аптодинный датчик с обратной связью по частоте // Сб. "Радиопромышленность"". - 1993. - №7-9. - С.41-43.

56. Бузыкин В.Т., Вотороиип С.Д., Носков В.Я. Микрополоско-вый аптодинный модуль 8-мм диапазона с частотной модуляцией // Физика и техника мм и субмм поли. Тезисы докл. - Харьков: ИРЭ Ali Украины. - 1994. - Т.4. - С.702-703 (англ).

57. Бузыкин В.Т., Веснин В.А., Носкоп В.Я. Аптодинный генератор U-мм диапазона на запредельном круглом волноводе // Физика и техника мм и субмм волн. Тезисы докл. •• Хпрькоп: ИГО АН Украины. - 1ЭУ4. - Т.2. - С.432-433 (англ.).

58. Бузыкин В.Т., Веснин В.А., Закарлюк U.M., Красильников Ю.Л., Ноской В.И. Микроволновая система обнаружении движущихся объектов // Физика и техника мм и субмм волн. Тезисы докл. -Харьков: ИГО АН Украины. - 1994. - Т.4. - С.700-701 (англ.). '

59. Носков В.Я. Аптодинный измеритель скорости автотранспорта Ц Информац.листок !f' 522-'J2. - Ккпторинбург: Ц1ГГИ. - 19У2.

60. Носков В.Я, Сперхрегеперятиппмй обнаружитель и датчик дальности // Информац.листок !?■ !>23-92. - Ккатпринбург: ЦНТИ.-1992.

61. Носков В.Я. Радиолокационный датчик для автономной системы управлении грузовым парашютом // Информац.листок Г' :j24-92.-Екптеринбург: Ц1ГГИ. - Г.)92.

62. Носков В.И. Лвтодиниан система связи миллиметрового диаппзоцп длин поли // Информац.листок !! 525-92. - Екатеринбург:

ЦНТИ. - 1992.

63. Носков В.Я. Радиолокационный датчик параметров движения // Информец.листок № 514-92. - Екатеринбург: ЦНТИ. - 1992.

64. Носков В.Я. Радиолокационный датчик охранного назначения// Информац.листок № 556-92. - Екатеринбург: ЦНТИ. - 1992.

65. A.c. I599968 СССР, МКИ Я 03 В 9/12, 7/14. Автодинный преобразователь / В.Т.Бузыкин, С.Д.Воторопин, Б.А.Наливайко, В.Я.Носков, Б.Н.Туманов (СССР). - 4335228/24-09; заявлено 26.11.87; опубл. 15.10.90. Бгалл. №38. - 2с.: ил.

66. A.c. I566941 СССР, МКИ б- 01 5 13/02. Радиолокационное устройство / В.Т.Бузыкин, С.Д.Воторопин, А.Ю.Клюев, В.Я.Носков (СССР). - 4420530/24-09. - 5с.: ил.

67. A.c. 1570502 СССР, МКИ G- Ol S 13/52. Автодинный радиолокатор / В.Т.Бузыкин, С.Д.Воторопин, Ю.Л.Красильников, В.Я.Носков (СССР). - 4460859/24-09; заявлено 15.07.88. - 2с.: ил.

68. A.c. 1659933 СССР, МКИ & 01 5 7/40, Н OlP'l/18. Имитатор доплеровского сигнале / В.Т.Бузыкин, С.Д.Воторопин, Ю.Л.Красильников, В.Я.Носков (СССР). - 4461479/09; заявлено 15.07.88; опубл. 30.06.91. Бгалл. № 24. - Зс.: ил.

69. A.c. 1706303 СССР, МКИ С Ol S 13/02. Радиолокационное устройство / В.Т.Бузыкин, В.А.Веснин, Ю.Л.Красильников, В.Я.Носков (СССР). - 4424241/09; заявлено 15.05.88. Бюлл. Ji> 2. - Зс.:ил.

70. A.c. 1639265 СССР, МКИ G-Ol S 13/50. Радиолокационное устройство / В.Т.Бузыкин, С.Д.Воторопин, Ю.Л.Красильников, В.Я. Носков (СССР). - 4482610/09; заявлено 15.07.88. -,3с.: ил.

71. A.c. 1706304 СССР, МКИ С 015 13/50. Радиолокационное устройство / В.Т.Бузыкин, Е.М.Гершензон, Ю.Л.Красильников, В.Я. Носков, В.Н.Полоцкий, А.А.Хацкелевич (СССР). - 4776098/09; заявлено 29.12.89. Бюлл. №2. - 5с.: ил.

72. A.c. 1775696 СССР, МКИ G Ol S 13/02. Автодинный радиолокатор / В.Т.Бузыкин, С.Д.Воторопин, В.Я.Носков (СССР). -4917337/09; заявлено 14.01.91; опубл. 15.II.92. Бюлл. JF42. -4с.: ил.

73. A.c. 1826073 СССР, МКИ & 015 7/42. Автодинный генератор / В.Т.Бузыкин, Н.М.Закерлюк, В.Я.Носков (СССР). - 4919206/09; заявлено 25.12.90; опубл. 07.07.93. Бюлл. J*2o. - Зс.: ил.

Ра боты [Ю.27-31,34-37,39-41,43-46,48,50,52,55,59-64] написаны без соавторов, в работех [1,2,4,5,7,8,11-14,19-22,25, 38,42,47,49,51,53,54,58,66,69,72] вклад соискателя является определяющим. В остальных работех вклад соискателя эквивалентен вкладу соавторов.

Соискатель

В.Я.Носков

Подписано в печать 20.03.95 г. Объем 3,2 п.л. Закез 36. Тираж 100 экз.___

Типлаборатория НТГПИ. Нижний Тагил, Красногвардейская, 57